WO1996001368A1 - Wind-energy convertor with a vertical axis of rotation - Google Patents

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WO1996001368A1
WO1996001368A1 PCT/DE1994/000766 DE9400766W WO9601368A1 WO 1996001368 A1 WO1996001368 A1 WO 1996001368A1 DE 9400766 W DE9400766 W DE 9400766W WO 9601368 A1 WO9601368 A1 WO 9601368A1
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Hans Erich Gunder
Heide Gunder
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Hans Erich Gunder
Heide Gunder
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    • F03D3/00Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor 
    • F03D3/06Rotors
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    • F05B2240/301Cross-section characteristics
    • 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
    • Y02E10/74Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction

Definitions

  • the present invention relates to a rotor for a wind energy converter of the type specified in the preamble of claim 1.
  • DE-PS 892 130 describes a wind motor with a vertical axis of rotation of the rotor, in which the buoyancy effect of a body with a streamlined profile that moves quickly in the air stream is used for energy generation.
  • the streamlined shape of the profile cross section is to be understood to mean a shape in which the ratio of the thickness of the cross section to the length of the cross section behaves approximately as 1: 3 to 1:10; furthermore, one end should be more or less rounded, while the other end tapers; and finally the side lines of the cross section should be straight or slightly curved inwards or outwards.
  • the latter means that obviously a profile is meant here. which - in relation to its longitudinal axis - is symmetrical.
  • the declared aim of the subject matter according to DE-PS 892 130 is to significantly improve the efficiency in comparison with previously known wind motors mentioned in the introduction to the description of this document.
  • this publication states that the wind turbine blades would only ever be hit in such a way by the flow velocity resulting from the wind speed and peripheral speed that the resulting blowing direction results in an air force on the wing, which in each position of the wind turbine wing causes a moment which causes the same in the direction of the Rotational movement acting sense of rotation and therefore contribute to a further increase in speed.
  • the aforementioned DE-OS 28 16 026 already shows a rotor for a wind energy converter, as specified in the preamble of claim 1, namely a rotor which - for reasons of easy and automatic startup - at least three evenly over the circumference of the rotor distributed and arranged at an angle of attack to the tangent of the orbit.
  • Buoyant rotor blades which have an aerodynamically asymmetrical and unchangeable profile cross section.
  • the aim of the present invention is to improve a wind energy converter of the type mentioned at the outset to the extent that — with a consistently simple construction — a considerable improvement in efficiency can be achieved in comparison with known wind energy converters of this type.
  • the angle of attack f is understood to mean the angle between the chord of the profile cross section and the tangent of the circumferential circle.
  • a more or less large (positive) adjustment of the rotor blade to the tangent of the circulating circuit is appropriate to maximize the efficiency.
  • the person skilled in the art will first determine the high-speed number of the rotor, based on the performance to be achieved, for which the blade depth (for example 0.3 times the diameter of the circulating circle of the rotor blades) is an important factor Parameter is.
  • the achievable flow angles (angles between the chord of the profile cross section and the respective flow direction - in particular for the conditions on the windward side of the rotor) are determined; and finally a profile with such an asymmetrical profile cross-section is selected which always delivers positive moments, that is to say acting in the intended drive direction of the rotor, over the fluctuation range of the inflow angles - or at least over the largest part of a complete revolution.
  • an asymmetrical profile cross section which is well suited for the purposes of the present invention has.
  • the profile G ⁇ 557 of AVA Göttingen known from the relevant literature ("Results of the aerodynamic testing facility in Göttingen, 1st to 4th delivery"); the well-known Karmän-Trefftz profile, which corresponds approximately to the G ⁇ 387 profile of AVA Göttingen, could also (still) be used.
  • a further improvement in the efficiency of the wind energy converter can be achieved if one for the rotor blades - Basically known - multi-part profile is selected.
  • a multi-part profile can be, for example, one that is similar to the well-known Kellner-Bechereau profile or the Handley-Page profile.
  • the rotor blades of the wind energy converter according to the invention can be arranged in a straight line and parallel to the geometric axis of rotation of the rotor according to the proposal according to claim 3, or, as claimed in claim 4, can also be arranged curved to this.
  • the advantage achieved by the invention of a significantly better efficiency compared to known wind energy converters can in principle also be achieved with asymmetrical profile cross sections in which the buoyancy and torque applied during a rotation of the rotor may possibly return to zero over a smaller angle of rotation ⁇ walk or possibly turn slightly over a negligibly small part of the rotation of the rotor blade of 360 °; however, this does not change the basic mode of operation in the sense of the invention.
  • the integral of the force acting in the direction of rotation of the rotor should be as large as possible over a revolution corresponding to a 360 ° angle of rotation of the rotor.
  • the profile cross section and the angle of attack of the rotor blade are preferably selected such that the torque acting on the individual rotor blade does not change its direction over a complete revolution of the rotor.
  • Such a specification not only allows a relatively high energy yield to be expected, but also has the effect that vibrations of the rotor blade (as a result, in particular, of the influence of more or less continuously changing buoyancy forces on the rotor blade) can be kept low.
  • this torque should preferably be on are as high as possible and vary in strength as little as possible over one revolution of the rotor.
  • FIG. 2 shows the rotor according to FIG. 1 in a top view in section according to section line II-II in FIG. 1,
  • FIG. 3 shows another rotor according to the invention
  • Wind energy converter in a top view in section similar to the illustration in FIG. 2,
  • FIG. 4 shows another rotor according to the invention
  • Wind energy converter in a top view in section similar to the illustration in FIG. 2,
  • Figure 5 shows a symmetrical profile cross section for rotor blades on rotors for wind energy converters, as they belong to the prior art
  • FIG. 6 shows a characteristic field with a comparative representation of the torque coefficients that can be achieved with the profile cross sections of the rotor blades according to FIGS. 1 to 5 as a function of the angle of rotation of the respective rotor blade over a complete revolution of the respective rotor blade.
  • FIGS. 1 and 2 show a rotor 1 according to the invention of a wind energy converter which is not shown in any more detail and which, as is known per se, contains, for example, an electrical generator and electrical / electronic switching and / or regulating means in the region of its static part, which u. a. can also be used to influence the power consumption depending on the speed with regard to easy starting of the rotor and to limit the speed with regard to very high wind speeds.
  • the rotor 1 carries on a shaft 2 a concentric rotor disk 3. On the rotor disk 3, one end of the rotor blades 4 are attached, the other ends of which are attached to a rotor disk 5, which is also concentric with the shaft 2.
  • the geometric axis of rotation of the rotor 1 formed from the rotor disks 3 and 5 with rotor blades 4 and shaft 2 is denoted by 6.
  • FIG. 2 shows corresponding rotor blades 4 with a highly asymmetrical profile cross section;
  • a professional cross section has become known as G ⁇ 557 from the relevant literature ("Results of the Aerodynamic Research Institute in Göttingen - 1st to 4th Delivery", AVA Göttingen) as a so-called high lift profile.
  • the rotor blades 4 are arranged on the surface of the geometric axis of rotation 6 of the rotor 1 with the convexly curved surface regions pointing in the direction of the buoyancy and designated by 9.
  • chord of the profile cross section of the rotor blades 4, designated 10, is against the tangent of the circumferential circle, designated 11, with the radius 12 of the rotor blades 4 having a fixed one - that is, one during the Rotary movement of the rotor 1 unchanged - angle of attack of about 0 °.
  • other (positive) inflow angles for the profile cross section will result on the windward side than on the leeward side.
  • the - as a pure number dimensionless - "torque coefficient" (C), sometimes also referred to as “torque number”, represents a measure of the torque which results from the air force acting on the rotor blade with reference to - for the arithmetical treatment - appropriately selected reference axis; in the case of blades with a profile, cross sections corresponding to the rotor blades in question are, for practical reasons, the line perpendicular to the profile plane through the intersection of the chord of the pressure side of the blade or. of the rotor blade (chord) with the perpendicular tangent to its leading edge.
  • the angle of rotation-dependent torque coefficient is directly related to the torque acting on the shaft 2 of the rotor 1 of the wind energy converter.
  • FIG. 3 shows a rotor 13 with rotor blades 14 in a manner of representation corresponding to FIG. 2.
  • the rotor blades 14 are an extreme high-lift profile with a profile section divided into two parts. Such profile cross sections with subdivision are known, for example, as a Kellner-Bechereau profile or as a Handley page profile.
  • the rotor blades 14 are set at an angle j 3 of approximately + 9 ° with respect to the tangent 11 of the orbital circuit (angle between the chord of the rotor blade 14 designated by 20 and the tangent 11 of the orbital circuit); the convexly curved surface areas of the rotor blade 14 pointing in the direction of the buoyancy are collectively designated 19.
  • FIG. 6 shows in comparison the torque coefficients that can be achieved with the profile cross section of the rotor blade 14 according to FIG. 3 in the event that the rotor blades 14 are turned by approximately + 9 °.
  • FIG. 4 shows a possible limit case in the sense of the invention, a rotor 15 with rotor blades 16, the profile cross section of which is only slightly asymmetrical.
  • Figure 3 are in any case also the rotor blades 16 arranged in such a way to the geometric axis of rotation 6 of the rotor 15 between rotor disks 3, 5 that they face the convexly curved and designated 17 with the surface areas of the geometric axis of rotation 6 of the rotor 15 pointing in the direction of the lift this are arranged.
  • the profile cross section of the rotor blades 16 - assuming a tangential pitch (angle between the chord of the rotor blade 16 denoted by 21 and the tangent 11 of the circumferential circle of the rotor blades is therefore approximately 0 °) is the Rotor blades 16 - assigned characteristic curve for the torque coefficient can likewise be found in the diagram according to FIG. 6.
  • FIG. 5 shows a symmetrical profile cross section 18 with a profile chord 22 for rotor blades on rotors for wind energy converters, which thus runs centrally through the profile cross section of the rotor blade, as they belong to the known prior art, specifically for wind energy converters with such rotor blades whose profile cross section cannot be changed is.
  • the characteristic curve for the torque coefficient for this profile cross section can also be found in the diagram according to FIG. 6, specifically for an angle of attack Q of 0 °.

Abstract

The invention concerns a wind-energy convertor rotor (1) designed to rotate about an axis (6) running in a preferably vertical plane at right angles to the wind direction. In order to ensure high efficiency with a simple design, the invention proposes that the rotor blades (4) are disposed such that their convex surfaces (9), i.e. those facing the direction of lift, are oriented towards the axis of rotation (6) of the rotor.

Description

WINDENERGIEKONVERTER MIT VERTIKAL DREHACHSE WIND ENERGY CONVERTER WITH VERTICAL ROTARY AXIS
Stand der TechnikState of the art
Die vorl iegende Erfindung betrifft einen Rotor für einen Windenergiekonverter der im Gattungsbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Art .The present invention relates to a rotor for a wind energy converter of the type specified in the preamble of claim 1.
Ein Windmotor mit vertikaler Drehachse des Rotors , bei dem die Auftriebswirkung eines schnell im Luftstrom bewegten Körpers mit windschnittigem Profil für die Energiegewinnung ausgenutzt wird , ist in der DE-PS 892 130 beschrieben . Unter windschnittiger Form des Profilquerschnitts soll dabei eine Form verstanden werden , bei der das Verhältnis der Dicke des Querschnitts zur Länge des Querschnitts sich etwa wie 1 : 3 bis 1 : 10 verhält ; weiter soll das eine Ende mehr oder weniger stark abgerundet sein , während das andere Ende spitz ausläuft ; und schließlich sollen die Seitenlinien des Querschnitts gerade oder etwas nach innen oder nach außen gekrümmt verlaufen . Letzteres bedeutet , daß hier offensichtlich ein Profi l querschnitt gemeint ist . der - bezogen auf seine Längsachse - symmetrisch gestaltet ist . Erklärte Absicht des Gegenstandes nach der DE-PS 892 130 ist es , den Wirkungsgrad im Vergleich zu vorbekannten , einleitend in der Beschreibung dieser Druckschrift erwähnten Windmotoren wesentlich zu verbessern . Im Zusammenhang mit dem Hinweis darauf , daß für den Fall einer im Verlauf des Anlaufvorganges wachsenden Drehzahl (des umlaufenden Motorteils ) in einem solchen Maße , daß die Umfangsgeschwindigkeit der Windradflügel schließlich größer wird als die Windgeschwindigkeit , wird in dieser Druckschrift ausgeführt , daß dann die Windradflügel immer nur in einer solchen Weise von der aus Windgeschwindig¬ keit und Umfangsgeschwindigkeit resultierenden Anströmgeschwin¬ digkeit getroffen würden , daß sich aus der resultierenden Anblasrichtung eine Luftkraft auf den Flügel ergebe , die in jeder Stellung des Windradflügels ein Moment hervorrufe , das den gleichen in Richtung der Drehbewegung wirkenden Drehsinn habe und daher zur weiteren Erhöhung der Drehzahl beitrage . - Versuche mit Windmotoren der vorbeschriebenen Art widerlegen diese Behauptung . Vielmehr kommt es bei dem in der DE-PS 892 130 beschriebenen Windmotor mit symmetrischem Profilquerschnitt der Windradflügel über einen vollständigen Umlauf eines Windradflügels hinweg teilweise zu einer Umkehr der Richtung der am Windradflügel wirkenden Auftriebskraft und damit des am Windradflügel angreifenden Drehmomentes ; dies geschieht darüberhinaus in einem solchen Ausmaß , daß ein derartiger Windmotor für eine rentable Energiegewinnung aus Windkraft nicht brauchbar ist .DE-PS 892 130 describes a wind motor with a vertical axis of rotation of the rotor, in which the buoyancy effect of a body with a streamlined profile that moves quickly in the air stream is used for energy generation. The streamlined shape of the profile cross section is to be understood to mean a shape in which the ratio of the thickness of the cross section to the length of the cross section behaves approximately as 1: 3 to 1:10; furthermore, one end should be more or less rounded, while the other end tapers; and finally the side lines of the cross section should be straight or slightly curved inwards or outwards. The latter means that obviously a profile is meant here. which - in relation to its longitudinal axis - is symmetrical. The declared aim of the subject matter according to DE-PS 892 130 is to significantly improve the efficiency in comparison with previously known wind motors mentioned in the introduction to the description of this document. In connection with the reference to the fact that in the event of an increase in speed during the start-up process (of the rotating motor part) to such an extent that the peripheral speed of the wind turbine blades finally becomes greater than the wind speed, this publication states that the wind turbine blades would only ever be hit in such a way by the flow velocity resulting from the wind speed and peripheral speed that the resulting blowing direction results in an air force on the wing, which in each position of the wind turbine wing causes a moment which causes the same in the direction of the Rotational movement acting sense of rotation and therefore contribute to a further increase in speed. - Experiments with wind motors of the type described above disprove this claim. Rather, in the wind motor described in DE-PS 892 130 with a symmetrical profile cross section of the wind turbine blades over a complete revolution of a wind turbine blade, there is a partial reversal of the direction of the buoyancy force acting on the wind turbine blade and thus of the torque acting on the wind turbine blade; this also happens to such an extent that such a wind motor cannot be used for the profitable generation of energy from wind power.
Um den Wirkungsgrad einer Windkraftmaschine mit vertikaler Drehachse des Rotors zu verbessern , wird in der DE-OS 28 16 026 vorgeschlagen , für die Flügel der Windkraftmaschine ein von Flugzeugen her bekanntes Tragflächenprofil - also ein Profil mit unsymmetrischem Querschnitt - zu benutzen , das sich darüber¬ hinaus durch zusätzliche und für Flugzeuge untypische Details des Verlaufs der Krümmung der Profilumfangslinie auszeichnen soll . Bei analytischer Beurteilung des in dieser Druckschrift beschriebenen Profils ist allerdings nicht klar erkennbar , inwiefern sich dieses Profil von einem für Flugzeuge benutzbaren Profil grundsätzlich unterscheidet . Die Bemühungen , bei einer gattungsgemäßen Windkraftmaschine mit den in der DE-OS 28 16 026 beschriebenen Details zum Profilquerschnitt den erzielbaren Wirkungsgrad nennenswert zu verbessern , so daß eine derartige Windkraftmaschine grundsätzlich eine ernsthafte Alternative zu solchen mit horizontal angeordnetem und in die Windrichtung stellbarem Rotor darstellen würde , scheitern wegen der auch bei dieser Lösung eintretenden Drehmomentenumkehr an den Flügeln während eines Umlaufes des Rotors .In order to improve the efficiency of a wind turbine with a vertical axis of rotation of the rotor, it is proposed in DE-OS 28 16 026 to use an aerofoil profile known from aircraft - that is, a profile with an asymmetrical cross section - for the blades of the wind turbine, which is above this also characterized by additional and atypical details of the course of the curvature of the profile circumferential line. When analyzing the profile described in this publication, however, it is not clearly recognizable to what extent this profile can be used by an aircraft Profile differs fundamentally. The efforts to significantly improve the achievable efficiency in a generic wind power machine with the details of the profile cross section described in DE-OS 28 16 026, so that such a wind power machine would fundamentally represent a serious alternative to those with a horizontally arranged rotor that can be adjusted in the wind direction , fail due to the reversal of torque on the vanes that occurs with this solution during one revolution of the rotor.
Allerdings zeigt die erwähnte DE-OS 28 16 026 bereits einen Rotor für einen Windenergiekonverter , wie er im Gattungsbegriff des Patentanspruches 1 angegeben ist , nämlich einen Rotor , der - aus Gründen des leichten und selbsttätig erfolgenden Anlaufens - mindestens drei gleichmäßig über den Umfang des Rotors verteilt und unter einem Anstellwinkel zur Tangente des Umlaufkreises angeordnete . Auftrieb erzeugende Rotorblätter trägt , die einen aerodynamisch unsymmetrischen und unveränderbaren Profilquerschnitt aufweisen .However, the aforementioned DE-OS 28 16 026 already shows a rotor for a wind energy converter, as specified in the preamble of claim 1, namely a rotor which - for reasons of easy and automatic startup - at least three evenly over the circumference of the rotor distributed and arranged at an angle of attack to the tangent of the orbit. Buoyant rotor blades, which have an aerodynamically asymmetrical and unchangeable profile cross section.
Einen Versuch , die Strömungsverhältnisse an den Flügeln eines Windenergiekonverters mit senkrechter Drehachse seines Rotors im Sinne der Erhöhung des Wirkungsgrades zu verbessern , stellt der Vorschlag nach der DE-OS 30 18 211 dar . Nach dieser Druck¬ schrift soll der Profilquerschnitt der Flügel des Windrades über einen Umlauf hinweg in vorbestimmtem oder vorbestimmbarem Maße geändert werden , wodurch sich eine Verbesserung des Wirkungsgrades ergeben soll . Abgesehen von dem erheblichen konstruktiven Aufwand für diese Lösung scheinen die behaupteten Vorteile aber auch nur unter Vernachlässigung der infolge der ständigen Verstellung des Profilquerschnittes sich ergebenden , offensichtlich noch schwieriger als im Fall eines unveränder¬ baren Profilquerschnittes rechnerisch zu erfassenden Strömungs¬ dynamik in einer ersten groben Näherung und nur theoretisch erklärbar zu sein . Jedenfalls konnte sich aber auch diese Lösung nicht in der Praxis einführen . AufgabeAn attempt to improve the flow conditions on the wings of a wind energy converter with a vertical axis of rotation of its rotor in the sense of increasing the efficiency is the proposal according to DE-OS 30 18 211. According to this publication, the profile cross section of the blades of the wind turbine is to be changed over a revolution to a predetermined or predeterminable extent, which should result in an improvement in efficiency. Apart from the considerable design effort for this solution, the claimed advantages also appear to be a first rough approximation only if the flow dynamics resulting from the constant adjustment of the profile cross section, which is obviously more difficult than in the case of an unchangeable profile cross section, are neglected and can only be explained theoretically. In any case, this solution could not be implemented in practice either. task
Mit der vorliegenden Erfindung wird das Ziel angestrebt , einen Windenergiekonverter der eingangs genannten Art insoweit zu verbessern , daß - bei gleichbleibend einfacher Konstruktion - eine im Vergleich zu vorbekannten Windenergiekonvertern dieser Art erhebliche Verbesserung des Wirkungsgrades erzielbar ist .The aim of the present invention is to improve a wind energy converter of the type mentioned at the outset to the extent that — with a consistently simple construction — a considerable improvement in efficiency can be achieved in comparison with known wind energy converters of this type.
Lösungsolution
Zum Erreichen des vorstehend umrissenen Zieles wird die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebene Erfindung vorgeschlagen .To achieve the aim outlined above, the invention specified in the characterizing part of patent claim 1 is proposed.
Vorteilebenefits
Überraschenderweise ist gefunden worden , daß - entgegen allen bisherigen Bemühungen , durch eine wie auch immer geartete grundlegende Konstruktion eine nennenswerte Verbesserung des Wirkungsgrades der zur Rede stehenden Windenergiekonverter zu erzielen - eine Anordnung der Rotorblätter am Rotor derart , daß die in Richtung des Auftriebs zeigenden , konvex gekrümmten Flächenbereiche der Rotorblätter der geometrischen Drehachse des Rotors zugekehrt sind , zu dem gewünschten Erfolg führt . Dabei ist es nach Kenntnis des Gegenstandes der vorliegenden Erfindung für den Fachmann ohne weiteres und insbesondere ohne zusätzliche eigene erfinderische Bemühungen möglich , entspre¬ chend den Anforderungen , auch im Hinblick auf die ortsüblichen Windgeschwindigkeiten , einen geeigneten unsymmetrischen Profil¬ querschnitt für die Rotorblätter auszuwählen , bei dem während eines Umlaufes trotz sich kontinuierlich änderndem Anströmwinkel Auftrieb und Drehmoment am Rotorblatt (Windradflügel ) ihre in der vorgesehenen Antriebsrichtung des Rotors wirkende Richtung - zumindest über den allergrößten Teil eines vollständigen Umlaufes des (eines ) Rotorblattes hinweg - beibehalten . Dies kann bei bestimmten Profilquerschnitten bereits bei einem Anstellwinkel <? des Rotorblattes in der Größenordnung von 0° der Fall sein . Unter dem Anstellwinkel f wird dabei der Winkel zwischen der Profilsehne des Profilquerschnitts und der Tangente des Umlaufkreises verstanden . Allerdings ist insbesondere im Fall von Hochauftriebsprofilen abhängig von den speziellen Profilkennlinien eine mehr oder weniger große (positive ) Anstellung des Rotorblattes zur Tangente des Umlaufkreises zur Maximierung des Wirkungsgrades angebracht .Surprisingly, it has been found that - contrary to all previous efforts to achieve a significant improvement in the efficiency of the wind energy converters in question by any kind of basic construction - an arrangement of the rotor blades on the rotor in such a way that the convex pointing in the direction of the lift curved surface areas of the rotor blades facing the geometric axis of rotation of the rotor leads to the desired success. According to the knowledge of the subject matter of the present invention, it is readily possible for the person skilled in the art, and in particular without additional inventive efforts, to select a suitable asymmetrical profile cross section for the rotor blades in accordance with the requirements, also with regard to the local wind speeds the buoyancy and torque on the rotor blade (wind turbine blade) during a revolution, despite the continuously changing inflow angle, maintaining their direction in the intended drive direction of the rotor - at least over the vast majority of a complete revolution of the (one) rotor blade. This With certain profile cross sections, can an angle of attack of <? of the rotor blade in the order of magnitude of 0 °. The angle of attack f is understood to mean the angle between the chord of the profile cross section and the tangent of the circumferential circle. However, especially in the case of high-lift profiles, depending on the special profile characteristics, a more or less large (positive) adjustment of the rotor blade to the tangent of the circulating circuit is appropriate to maximize the efficiency.
Im übrigen wird der Fachmann bei der Auswahl eines im einzel¬ nen Anwendungsfall geeigneten Profilquerschnittes , ausgehend von der zu erzielenden Leistung , zunächst die Schnellaufzahl des Rotors festlegen , für die die Blattiefe (beispielsweise das 0 ,3fache des Durchmessers des Umlaufkreises der Rotorblätter) ein wichtiger Parameter ist . Unter Berücksichtigung der Band¬ breite der Windgeschwindigkeiten , mit denen zu rechnen ist , werden sodann die erzielbaren Anströmwinkel (Winkel zwischen Profilsehne des Profilquerschnittes und jeweiliger Anströmrichtung - insbesondere für die Verhältnisse an der Luvseite des Rotors -) ermittelt ; und schließlich wird ein Profil mit einem solchen unsymmetrischen Profilquerschnitt ausgewählt , der über den Schwankungsbereich der Anströmwinkel stets - oder zumindest über den allergrößten Teil eines vollständigen Umlaufes hinweg - positive , also in der vorgesehenen Antriebsrichtung des Rotors wirkende Momente liefert .Moreover, when selecting a profile cross section that is suitable for the individual application, the person skilled in the art will first determine the high-speed number of the rotor, based on the performance to be achieved, for which the blade depth (for example 0.3 times the diameter of the circulating circle of the rotor blades) is an important factor Parameter is. Taking into account the bandwidth of the wind speeds to be expected, the achievable flow angles (angles between the chord of the profile cross section and the respective flow direction - in particular for the conditions on the windward side of the rotor) are determined; and finally a profile with such an asymmetrical profile cross-section is selected which always delivers positive moments, that is to say acting in the intended drive direction of the rotor, over the fluctuation range of the inflow angles - or at least over the largest part of a complete revolution.
Einen für Zwecke der vorliegenden Erfindung gut geeigneten , unsymmetrischen Profilquerschnitt weist z .B . das aus der ein¬ schlägigen Literatur bekannte Profil GÖ 557 der AVA Göttingen ("Ergebnisse der aerodynamischen Versuchsanstalt zu Göttingen , I . bis IV Lieferung" ) auf ; ebenfalls (noch ) verwendbar wäre das bekannte Karmän-Trefftz-Profil , welches etwa dem Profil GÖ 387 der AVA Göttingen entspricht .For example, an asymmetrical profile cross section which is well suited for the purposes of the present invention has. the profile GÖ 557 of AVA Göttingen known from the relevant literature ("Results of the aerodynamic testing facility in Göttingen, 1st to 4th delivery"); the well-known Karmän-Trefftz profile, which corresponds approximately to the GÖ 387 profile of AVA Göttingen, could also (still) be used.
Eine weitere Verbesserung des Wirkungsgrades des Windenergie¬ konverters ist erzielbar , wenn für die Rotorblätter ein - grundsätzlich an sich bekanntes - mehrteiliges Profil gewählt wird . Ein solches mehrteiliges Profil kann zum Beispiel eines sein , welches dem bekannten Kellner-Bechereau-Profil oder dem Handley-Page-Profi l ähnlich ist .A further improvement in the efficiency of the wind energy converter can be achieved if one for the rotor blades - Basically known - multi-part profile is selected. Such a multi-part profile can be, for example, one that is similar to the well-known Kellner-Bechereau profile or the Handley-Page profile.
Die Rotorblätter des erfindungsgemäßen Windenergiekonverters können entsprechend dem Vorschlag nach Anspruch 3 geradlinig und parallel zur geometrischen Drehachse des Rotors verlaufend angeordnet sei n , oder aber auch , wie Anspruch 4 angibt , gekrümmt zu dieser verlaufend angeordnet sein .The rotor blades of the wind energy converter according to the invention can be arranged in a straight line and parallel to the geometric axis of rotation of the rotor according to the proposal according to claim 3, or, as claimed in claim 4, can also be arranged curved to this.
Der mi t der Erfindung erreichte Vorteil eines gegenüber vorbe¬ kannten Windenergiekonvertern erheblich besseren Wirkungsgrades ist grundsätzlich auch schon mit solchen unsymmetrischen Profil¬ querschnitten erzielbar , bei denen Auftrieb und angreifendes Drehmoment während eines Umlaufes des Rotors möglicherweise über einen kleineren Drehwinkel bis auf den Wert Null zurück¬ gehen oder sich eventuell über einen vernachl ässigbar kleinen Teil des Umlaufes des Rotorblattes von 360° geringfügig umkehren ; an der grundsätzlichen Wirkungsweise im erfindungs¬ gemäßen Sinn ändert sich dadurch jedoch nichts . Im Hinblick auf eine Maximierung der vom Windenergiekonverter an Verbrau¬ cher und/oder Energiespeicher zu l iefernden Energie sollte allerdings das Integral der in Drehrichtung des Rotors wirken¬ den Kraft über einen Umlauf entsprechend 360° Drehwinkel des Rotors hinweg so groß wie möglich sein .The advantage achieved by the invention of a significantly better efficiency compared to known wind energy converters can in principle also be achieved with asymmetrical profile cross sections in which the buoyancy and torque applied during a rotation of the rotor may possibly return to zero over a smaller angle of rotation ¬ walk or possibly turn slightly over a negligibly small part of the rotation of the rotor blade of 360 °; however, this does not change the basic mode of operation in the sense of the invention. With a view to maximizing the energy to be supplied by the wind energy converter to consumers and / or energy stores, however, the integral of the force acting in the direction of rotation of the rotor should be as large as possible over a revolution corresponding to a 360 ° angle of rotation of the rotor.
Bevorzugt sind - unter Berücksichtigung der Schnellaufzahl des Rotors - Profilquerschnitt und Anstellwinkel des Rotorblattes derart gewählt , daß das am einzelnen Rotorblatt angreifende Drehmoment über einen vollständigen Umlauf des Rotors hinweg seine Richtung nicht ändert . Eine derartige Vorgabe läßt nicht nur eine relativ hohe Energieausbeute erwarten , sondern bewirkt außerdem , daß Schwingungen des Rotorblattes (als Folge insbe¬ sondere des Einflusses sich mehr oder weniger kontinuierlich ändernder Auftriebskräfte am Rotorblatt ) gering gehalten werden können . Darüberhinaus sollte dieses Drehmoment vorzugsweise auf möglichst hohem Niveau liegen und in seiner Stärke über einen Umlauf des Rotors so gering wie möglich schwanken .Taking into account the high speed of the rotor, the profile cross section and the angle of attack of the rotor blade are preferably selected such that the torque acting on the individual rotor blade does not change its direction over a complete revolution of the rotor. Such a specification not only allows a relatively high energy yield to be expected, but also has the effect that vibrations of the rotor blade (as a result, in particular, of the influence of more or less continuously changing buoyancy forces on the rotor blade) can be kept low. In addition, this torque should preferably be on are as high as possible and vary in strength as little as possible over one revolution of the rotor.
Erl äuterung der Erfindung an AusführungsbeispielenExplanation of the invention using exemplary embodiments
Anhand der Figuren 1 bis 6 der Zeichnung wird die Erfindung im folgenden näher erläutert .The invention is explained in more detail below with reference to FIGS. 1 to 6 of the drawing.
Es zeigenShow it
Figur 1 einen erfindungsgemäßen Rotor eines1 shows a rotor according to the invention
Windenergiekonverters in der Seitenansicht ,Side view of wind energy converter,
Figur 2 den Rotor nach Figur 1 in der Aufsicht im Schnitt entsprechend Schnittlinie II-II in Figur 1 ,FIG. 2 shows the rotor according to FIG. 1 in a top view in section according to section line II-II in FIG. 1,
Figur 3 einen anderen erfindungsgemäßen Rotor einesFigure 3 shows another rotor according to the invention
Windenergiekonverters in der Aufsicht im Schnitt ähnlich der Darstellung in Figur 2 ,Wind energy converter in a top view in section similar to the illustration in FIG. 2,
Figur 4 einen weiteren erfindungsgemäßen Rotor einesFigure 4 shows another rotor according to the invention
Windenergiekonverters in der Aufsicht im Schnitt ähnlich der Darstellung in Figur 2 ,Wind energy converter in a top view in section similar to the illustration in FIG. 2,
Figur 5 einen symmetrischen Profilquerschnitt für Rotorblätter an Rotoren für Windenergiekonverter , wie sie zum vorbekannten Stand der Technik gehören , undFigure 5 shows a symmetrical profile cross section for rotor blades on rotors for wind energy converters, as they belong to the prior art, and
Figur 6 ein Kennlinienfeld mit vergleichender Darstellung der mit den Profilquerschnitten der Rotorblätter nach den Figuren 1 bis 5 erzielbaren Drehmomentenbeiwerte in Abhängigkeit vom Drehwinkel des betreffenden Rotor¬ blattes über einen vollständigen Umlauf des jeweiligen Rotorblattes hinweg . Die Figuren 1 und 2 zeigen einen erfindungsgemäßen Rotor 1 eines im übrigen nicht näher dargestellten Windenergiekonver¬ ters , der im Bereich seines statischen Teils wie an sich bekannt beispielsweise einen elektrischen Generator und elektrische/ elektronische Schalt- und/oder Regelmittel enthält , die u . a . auch zur Beeinflussung der Leistungsentnahme abhängig von der Dreh¬ zahl im Hinblick auf leichtes Anlaufen des Rotors und zur Drehzahlbegrenzung im Hinblick auf sehr hohe Wi ndgeschwindigkeiten dienen können .FIG. 6 shows a characteristic field with a comparative representation of the torque coefficients that can be achieved with the profile cross sections of the rotor blades according to FIGS. 1 to 5 as a function of the angle of rotation of the respective rotor blade over a complete revolution of the respective rotor blade. FIGS. 1 and 2 show a rotor 1 according to the invention of a wind energy converter which is not shown in any more detail and which, as is known per se, contains, for example, an electrical generator and electrical / electronic switching and / or regulating means in the region of its static part, which u. a. can also be used to influence the power consumption depending on the speed with regard to easy starting of the rotor and to limit the speed with regard to very high wind speeds.
Der Rotor 1 trägt auf ei ner Welle 2 eine zu dieser konzentrische Rotorscheibe 3. Auf der Rotorscheibe 3 sind die einen Enden von Rotorblättern 4 befestigt , deren andere Enden auf einer zur Welle 2 ebenfalls konzentrischen Rotorscheibe 5 befestigt sind . Die geometrische Drehachse des aus den Rotorscheiben 3 und 5 mit Rotorblättern 4 sowie Welle 2 gebildeten Rotors 1 ist mit 6 bezeichnet .The rotor 1 carries on a shaft 2 a concentric rotor disk 3. On the rotor disk 3, one end of the rotor blades 4 are attached, the other ends of which are attached to a rotor disk 5, which is also concentric with the shaft 2. The geometric axis of rotation of the rotor 1 formed from the rotor disks 3 and 5 with rotor blades 4 and shaft 2 is denoted by 6.
In Figur 2 ist die angenommene Windrichtung durch Pfeile 7 , die aus der Anordnung der Rotorblätter 4 resultierende Drehrichtung des Rotors 1 durch den Pfeil 8 angegeben .In Figure 2, the assumed wind direction is indicated by arrows 7, and the direction of rotation of the rotor 1 resulting from the arrangement of the rotor blades 4 is indicated by the arrow 8.
Figur 2 zeigt einander entsprechende Rotorblätter 4 mit stark unsymmetrischem Profilquerschnitt ; ein derartiger Profi lquer¬ schnitt ist unter der Bezeichnung GÖ 557 aus der einschlägigen Literatur ( "Ergebnisse der aerodynamischen Versuchsanstalt zu Göttingen - I . bis IV . Lieferung" , AVA Göttingen ) als sogenann¬ tes Hochauftriebsprofil bekanntgeworden . Erfindungsgemäß sind die Rotorblätter 4 mit den in Richtung des Auftriebs zeigenden , konvex gekrümmten und mit 9 bezeichneten Flächenbereichen der geometrischen Drehachse 6 des Rotors 1 zugekehrt an diesem angeordnet .FIG. 2 shows corresponding rotor blades 4 with a highly asymmetrical profile cross section; Such a professional cross section has become known as GÖ 557 from the relevant literature ("Results of the Aerodynamic Research Institute in Göttingen - 1st to 4th Delivery", AVA Göttingen) as a so-called high lift profile. According to the invention, the rotor blades 4 are arranged on the surface of the geometric axis of rotation 6 of the rotor 1 with the convexly curved surface regions pointing in the direction of the buoyancy and designated by 9.
Im Fall der Darstellung nach Figur 2 ist die mit 10 bezeichnete Profilsehne des Profilquerschnitts der Rotorblätter 4 gegen die mit 11 bezeichnete Tangente des Umlaufkreises mit dem Radius 12 der Rotorblätter 4 mit einem festen - also mit einem während der Drehbewegung des Rotors 1 unveränderten - Anstellwinkel von etwa 0° angestellt . Infolge der unterschiedlichen Strömungsver¬ hältnisse auf der der Windrichtung zugekehrten Seite (Luvseite ) des Rotors 1 einerseits und der der Windrichtung abgekehrten Seite (Leeseite ) des Rotors 1 andererseits werden sich auf der Luvseite andere , nämlich größere (positive ) Anströmwinkel für den Profilquerschnitt ergeben als auf der Leeseite . Dies resul¬ tiert aus der erheblich geminderten , allgemein mit etwa 2/5 der auf der Luvseite gegebenen Windgeschwindigkeit angenommenen Windgeschwindigkeit auf der Leeseite - also im Innern - des Rotors . Dennoch wird sich für den Fall einer Anordnung wie in Figur 2 dargestellt über einen vollständigen Umlauf , nämlich über einen Drehwinkel von 360° um die geometrische Drehachse 6. eines Rotorblattes 4 hinweg ein stets in Antriebsdrehrichtung wirkendes Drehmoment am Rotor 1 entsprechend dem Pfeil 8 einstellen (siehe auch entsprechende , dem Profilquerschnitt des Rotorblattes 4 zugeordnete Kennlinie des DrehmomentenbeiwertesIn the case of the representation according to FIG. 2, the chord of the profile cross section of the rotor blades 4, designated 10, is against the tangent of the circumferential circle, designated 11, with the radius 12 of the rotor blades 4 having a fixed one - that is, one during the Rotary movement of the rotor 1 unchanged - angle of attack of about 0 °. As a result of the different flow conditions on the windward side (windward side) of the rotor 1 on the one hand and the windward side (leeward side) of the rotor 1 on the other hand, other (positive) inflow angles for the profile cross section will result on the windward side than on the leeward side. This results from the considerably reduced wind speed on the leeward side - that is to say inside - of the rotor, generally assumed to be about 2/5 of the wind speed on the windward side. Nevertheless, in the case of an arrangement as shown in FIG. 2, a complete rotation, namely over a rotation angle of 360 ° around the geometric axis of rotation 6 of a rotor blade 4, will result in a torque on the rotor 1 which is always acting in the direction of rotation of the drive in accordance with arrow 8 ( see also corresponding characteristic of the torque coefficient assigned to the profile cross section of the rotor blade 4
C m in Fig °ur 6) .C m in Fig. 6).
Der - als reine Zahl dimensionslose - "Drehmomentenbeiwert" (C ) , gelegentlich auch als "Momentenzahl" bezeichnet , stellt ein Maß für das Drehmoment dar , welches sich aus der auf das Rotorblatt wirkenden Luftkraft ergibt unter Bezug auf eine - für die rechnerische Behandlung - passend ausgewählte Bezugsachse ; bei Flügeln mit Profil querschnitten entsprechend den hier zur Rede stehenden Rotorblättern wird aus praktischen Gründen als Bezugsachse die zur Profilebene senkrechte Linie durch den Schnittpunkt der Sehne der Druckseite des Flügels bzw . des Rotorblattes (Profilsehne) mit der dazu senkrechten Tangente an dessen Anströmrand gewählt . Der drehwinkelabhängige Drehmo¬ mentenbeiwert steht in direktem Zusammenhang mit dem an der Welle 2 des Rotors 1 des Windenergiekonverters angreifenden Drehmoment .The - as a pure number dimensionless - "torque coefficient" (C), sometimes also referred to as "torque number", represents a measure of the torque which results from the air force acting on the rotor blade with reference to - for the arithmetical treatment - appropriately selected reference axis; in the case of blades with a profile, cross sections corresponding to the rotor blades in question are, for practical reasons, the line perpendicular to the profile plane through the intersection of the chord of the pressure side of the blade or. of the rotor blade (chord) with the perpendicular tangent to its leading edge. The angle of rotation-dependent torque coefficient is directly related to the torque acting on the shaft 2 of the rotor 1 of the wind energy converter.
Durch eine Anstellung der Rotorblätter 4 - die bei ruhendem Rotor 1 vorgenommen werden kann - mit einem Anstellwinkel P von beispielsweise +9° gegenüber der Tangente 11 des Umlauf¬ kreises kann sogar noch eine Verbesserung des Verlaufs des Drehmomentenbeiwertes erreicht werden , sodaß die erzielbare Energieausbeute entsprechend größer ist .By adjusting the rotor blades 4 - which can be carried out when the rotor 1 is at a standstill - with an angle of attack P of, for example, + 9 ° with respect to the tangent 11 of the circulating circle, an improvement in the course of the Torque coefficient can be achieved so that the achievable energy yield is correspondingly greater.
Figur 3 zeigt in einer der Darstellungsweise nach Fi gur 2 ent¬ sprechenden Darstellungsweise einen Rotor 13 mit Rotorbl ättern 14. Bei den Rotorblättern 14 handelt es sich um ein extremes Hochauftriebsprofil mit einem zweifach unterteilten Profilquer¬ schnitt . Derartige Profilquerschnitte mit Unterteilung sind bei¬ spielsweise bekannt als Kellner-Bechereau-Profil oder auch als Handley-Page-Profil . Die Rotorblätter 14 sind im Fall der Dar¬ stellung in Figur 3 mit einem Winkel j3 von etwa +9° gegenüber der Tangente 11 des Umlaufkreises angestellt ( Winkel zwischen der mit 20 bezeichneten Profilsehne des Rotorblattes 14 und der Tangente 11 des Umlaufkreises ) ; die in Richtung des Auftriebs zeigenden , konvex gekrümmten Flächenbereiche des Rotorblattes 14 sind dabei zusammenfassend mit 19 bezeichnet . Rotorblätter dieser Art erfordern zum Ausnutzen ihrer Möglichkeiten im Hin¬ blick auf maximale Energieausbeute des Windenergiekonverters eine mehr oder weniger große Anstellung in Richtung auf höher positive Anstellwinkel zu . Figur 6 zeigt vergleichsweise die mit dem Profilquerschnitt des Rotorblattes 14 nach Figur 3 erziel¬ baren Drehmomentenbeiwerte für den Fall einer Anstellung der Rotorblätter 14 von etwa +9° .FIG. 3 shows a rotor 13 with rotor blades 14 in a manner of representation corresponding to FIG. 2. The rotor blades 14 are an extreme high-lift profile with a profile section divided into two parts. Such profile cross sections with subdivision are known, for example, as a Kellner-Bechereau profile or as a Handley page profile. In the case of the representation in FIG. 3, the rotor blades 14 are set at an angle j 3 of approximately + 9 ° with respect to the tangent 11 of the orbital circuit (angle between the chord of the rotor blade 14 designated by 20 and the tangent 11 of the orbital circuit); the convexly curved surface areas of the rotor blade 14 pointing in the direction of the buoyancy are collectively designated 19. Rotor blades of this type require a more or less large adjustment in the direction of higher positive angles of attack in order to utilize their possibilities with regard to the maximum energy yield of the wind energy converter. FIG. 6 shows in comparison the torque coefficients that can be achieved with the profile cross section of the rotor blade 14 according to FIG. 3 in the event that the rotor blades 14 are turned by approximately + 9 °.
Figur 4 zeigt als möglichen Grenzfall im Sinne der Erfindung einen Rotor 15 mit Rotorblättern 16 , deren Profilquerschnitt nur schwach unsymmetrisch ist . Wie im Fall der Rotorblätter 4 bzw . 14 nach den Figuren 1 und 2 bzw . Figur 3 sind aber jedenfalls auch die Rotorblätter 16 derart zur geometrischen Drehachse 6 des Rotors 15 zwischen Rotorscheiben 3 , 5 angeordnet , daß diese mit den in Richtung des Auftriebs zeigenden , konvex gekrümmten und mit 17 bezeichneten Flächenbereichen der geometrischen Drehachse 6 des Rotors 15 zugekehrt an diesem angeordnet sind . Die dem Profilquerschnitt der Rotorblätter 16 - bei angenommener tangentialer Anstellung ( Winkel zwischen der mit 21 bezeich¬ neten Profilsehne des Rotorblattes 16 und der Tangente 11 des Umlaufkreises der Rotorblätter ist also etwa 0° groß ) der Rotorblätter 16 - zugeordnete Kennlinie für den Drehmomenten¬ beiwert ist ebenfalls dem Diagramm nach Figur 6 zu entnehmen .FIG. 4 shows a possible limit case in the sense of the invention, a rotor 15 with rotor blades 16, the profile cross section of which is only slightly asymmetrical. As in the case of the rotor blades 4 or. 14 according to Figures 1 and 2 or. Figure 3 are in any case also the rotor blades 16 arranged in such a way to the geometric axis of rotation 6 of the rotor 15 between rotor disks 3, 5 that they face the convexly curved and designated 17 with the surface areas of the geometric axis of rotation 6 of the rotor 15 pointing in the direction of the lift this are arranged. The profile cross section of the rotor blades 16 - assuming a tangential pitch (angle between the chord of the rotor blade 16 denoted by 21 and the tangent 11 of the circumferential circle of the rotor blades is therefore approximately 0 °) is the Rotor blades 16 - assigned characteristic curve for the torque coefficient can likewise be found in the diagram according to FIG. 6.
Figur 5 schließlich zeigt einen symmetrischen Profilquerschnitt 18 mit einer - hier also mittig durch den Profilquerschnitt des Rotorblattes verlaufenden - Profilsehne 22 für Rotorblätter an Rotoren für Windenergiekonverter , wie sie zum vorbekannten Stand der Technik gehören , und zwar bei Windenergiekonvertern mit solchen Rotorblättern , deren Profilquerschnitt unveränderbar ist . Die Kennlinie für den Drehmomentenbeiwert für diesen Profilquerschnitt ist ebenfalls dem Diagramm nach Figur 6 zu entnehmen , und zwar für einen Anstellwinkel Q von 0° .Finally, FIG. 5 shows a symmetrical profile cross section 18 with a profile chord 22 for rotor blades on rotors for wind energy converters, which thus runs centrally through the profile cross section of the rotor blade, as they belong to the known prior art, specifically for wind energy converters with such rotor blades whose profile cross section cannot be changed is. The characteristic curve for the torque coefficient for this profile cross section can also be found in the diagram according to FIG. 6, specifically for an angle of attack Q of 0 °.
Nach der vorstehenden Beschreibung ist klar , daß es nicht unbedingt notwendig ist , daß die - rechnerisch oder empirisch zu ermittelnde - Kennlinie für den Drehmomentenbeiwert ei nes Profilquerschnittes über einen vollständigen Umlauf des betref¬ fenden Rotors bzw . Rotorblattes hinweg sich stets auf nur einer Seite der Abzisse des Diagramms befindet ; vielmehr kann im Fall einer - im Hi nblick auf Maximierung der Energieumwandlung allerdings ungünstigen - speziellen Anordnung und Gestaltung der Rotorblätter auch ein bezogen auf einen zurückgelegten Drehwinkel von 360° geringfügiger Wechsel des Drehmomenten- beiwertes in Kauf genommen werden , ohne daß dadurch der Bereich der Erfindung schon verlassen würde . Bevorzugt wird aber selbstverständlich eine Ausführung , bei der einerseits kein Richtungswechsel der am einzelnen Rotorblatt angreifenden Kräfte stattfindet , bei der darüberhinaus der Verlauf der Kennlinie für den Drehmomentenbeiwert (wegen möglichst geringer Wechselkräfte am Rotorblatt ) möglichst ausgeglichen ist und bei der schließlich das Integral des Drehmomentenbei wertes über einen Umlauf des Rotors hinweg möglichst groß ist . According to the above description, it is clear that it is not absolutely necessary that the characteristic curve - to be determined arithmetically or empirically - for the torque coefficient of a profile cross section over a complete revolution of the relevant rotor or. Rotor blade is always on only one side of the abscissa of the diagram; rather, in the case of a - with regard to maximizing the energy conversion unfavorable - special arrangement and design of the rotor blades, a slight change in the torque coefficient in relation to a covered rotation angle of 360 ° can be accepted without thereby reducing the scope of the invention would already leave. Of course, preference is given to an embodiment in which, on the one hand, there is no change in direction of the forces acting on the individual rotor blade, in which, moreover, the course of the characteristic curve for the torque coefficient (because the alternating forces on the rotor blade are as small as possible) is as balanced as possible and in which the integral of the torque coefficient is finally used is as large as possible over one revolution of the rotor.
BEZUGSZE ICHENL ISTEREFERENCE DATE
1 Rotor1 rotor
2 Welle (des Rotors 1 )2 shaft (of rotor 1)
3 Rotorscheibe (des Rotors 1 )3 rotor disc (of rotor 1)
4 Rotorblatt (des Rotors 1 )4 rotor blade (of rotor 1)
5 Rotorscheibe (des Rotors 1 )5 rotor disc (of rotor 1)
6 Drehachse - geometrische - (der Rotoren )6 axis of rotation - geometric - (of the rotors)
7 Pfeile (Windrichtung )7 arrows (wind direction)
8 Pfeil ( Drehrichtung des Rotors )8 arrow (direction of rotation of the rotor)
9 Flächenbereich (des Rotorblattes 4)9 surface area (of the rotor blade 4)
10 Profilsehne (des Profilquerschnittes des Rotorblattes 4)10 chord (of the cross section of the rotor blade 4)
11 Tangente (an den Umlaufkreis der Rotorblätter)11 tangent (to the orbit of the rotor blades)
12 Radius (des Umlaufkreises der Rotorblätter)12 radius (of the circulation circle of the rotor blades)
13 Rotor13 rotor
14 Rotorblatt (des Rotors 13)14 rotor blade (of the rotor 13)
15 Rotor15 rotor
16 Rotorblatt (des Rotors 15)16 rotor blade (of rotor 15)
17 Flächenbereich (des Rotorblattes 16)17 surface area (of the rotor blade 16)
18 Profil querschnitt - symmetrisch -18 profile cross section - symmetrical -
19 Flächenbereich (des Rotorblattes 14)19 surface area (of the rotor blade 14)
20 Profilsehne20 chord
21 Profilsehne21 chord
C m DrehmomentenbeiwertC m torque coefficient
0° bis 360° - Drehwinkel des Umlaufes eines Rotorblattes 4 , 14. 16 oder ( 18) um die geometrische Drehachse 6 0 ° to 360 ° - angle of rotation of the rotation of a rotor blade 4, 14, 16 or (18) about the geometric axis of rotation 6

Claims

PATENTANSPRÜCHE PATENT CLAIMS
1. Rotor (1) für einen Windenergiekonverter mit einer in einer zur Windrichtung senkrechten Ebene liegenden, vorzugsweise vertikal verlaufenden Drehachse (6) des Rotors (1), der mindestens drei gleichmäßig über seinen Umfang verteilt und unter einem Anstellwinkel P zur Tangente (11) des Umlauf¬ kreises angeordnete, Auftrieb erzeugende Rotorblätter (4) mit aerodynamisch unsymmetrischem, unveränderbarem Profilquer¬ schnitt trägt, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorblätter (4) mit den in Richtung des Auftriebs zeigenden, konvex gekrümmten Flächenbereichen (9) der geometrischen Drehachse (6) des Rotors (1) zugekehrt an diesem angeordnet sind.1. Rotor (1) for a wind energy converter with an axis of rotation (6) of the rotor (1) which is in a plane that is perpendicular to the direction of the wind and preferably runs vertically, which is distributed at least three evenly over its circumference and at an angle of attack P to the tangent (11) of the revolving circle arranged, buoyancy-producing rotor blades (4) with aerodynamically asymmetrical, unchangeable profile cross-section, characterized in that the rotor blades (4) with the convexly curved surface areas (9) of the geometric axis of rotation (6) pointing in the direction of the buoyancy ) of the rotor (1) are arranged facing this.
2. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Rotorblätter (14) ein mehrteiliges Profil gewählt ist.2. Rotor according to claim 1, characterized in that a multi-part profile is selected for the rotor blades (14).
3. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorblätter (4, 14, 16) geradlinig und parallel zur geometrischen Drehachse (6) des Rotors (1, 13, 15) verlaufend angeordnet sind.3. Rotor according to claim 1, characterized in that the rotor blades (4, 14, 16) are arranged in a straight line and parallel to the geometric axis of rotation (6) of the rotor (1, 13, 15).
4. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorblätter (4, 14, 16) gekrümmt zur geometrischen Drehachse (6) des Rotors (1, 13, 15) verlaufend angeordnet sind. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Profilquerschnitt und Anstellwinkel der Rotorblätter (4, 14. 16) derart gewählt sind, daß das am einzelnen Rotorblatt (4, 14, 16) angreifende Drehmoment über einen vollständigen Umlauf des Rotors (1, 13, 15) hinweg seine Richtung nicht ändert . 4. Rotor according to claim 1, characterized in that the rotor blades (4, 14, 16) curved to the geometric axis of rotation (6) of the rotor (1, 13, 15) are arranged extending. Rotor according to claim 1, characterized in that the profile cross-section and angle of attack of the rotor blades (4, 14, 16) are selected such that the torque acting on the individual rotor blade (4, 14, 16) over a complete revolution of the rotor (1, 13, 15) does not change direction.
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