WO2011020458A2 - Rotor element for a fluid to flow around and rotor - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a rotor element for flow around a fluid with the
- the invention relates to a rotor having the features of the preamble of claim 9.
- Wind turbines and wind turbines have rotors that are equipped with aerodynamically optimized rotor blades, so that the kinetic energy of the wind can be used with the highest possible efficiency.
- Most rotors are designed for such power plants with a substantially horizontal axis of rotation, have at least two adjustable rotor blades and generate a torque on a shaft, which is used via a transmission for driving an electric generator.
- the object of the present invention is to achieve a high utilization of the flow energy, in particular wind energy.
- the invention comprises a rotor element for flow around a fluid, in particular by air, and for a rotor a Roto sheet having two side surfaces, and a rotor blade associated flow guide.
- the flow guide is a flow guide whose wake or wake flow at least partially Flow, in particular the pressure distribution and / or the velocity field, on one of the side surfaces of the rotor blade influenced.
- the caster acts directly or indirectly on the rotor blade.
- the wake is particularly laminar or turbulence-free or vortex-free.
- the flow on the side surface or the flow around the rotor blade is in particular laminar or turbulence-free or vortex-free.
- the flow conditions around the rotor blade are changed compared to the situation without a flow guide.
- the influence can be location-dependent or have a spatial distribution.
- the influence may be an increase in speed, a change of the speed direction, or a generation of pressure differences or pressure gradients acting on the rotor blade.
- at least a portion of the rotor blade may be located downstream of the flow guide. In other words, the wake can at least partially hit the rotor blade.
- Flow guide results in a stronger Kjraft effect of the flow on the rotor blade.
- additional flow can be directed to the rotor blade.
- the force effect is optimized by varying various parameters, such as the size, the shape and the distance of the rotor blade and the flow guide to each other.
- the flow guide can also be referred to as a fluid flow control system, in particular air flow control system.
- Flow guide surface along a longitudinal axis of the rotor blade extend and / or the flow guide surface may lie within a shadow projection along a direction of a surface vector, in particular the averaged area vector or total area vector, (vertical shadow projection) of the rotor blade.
- the flow guide can have two convex side surfaces and / or a elhpsenförmigen cross section (perpendicular to the long constitutionalumble).
- the one side surface of the rotor blade may be concave and / or the other side surface of the rotor blade may be convex.
- the flow guide surface may face the concave side surface of the rotor blade.
- the flow guide can be arranged in particular substantially perpendicular or parallel to the concave side surface of the rotor blade.
- the angle between the rotor blade and the flow guide is adjustable.
- the rotor blade and the flow guide are fixedly spaced from each other and / or movable together in a fixed relative position to each other.
- the rotor blade and the flow guide can be connected to each other by struts or taken together on a rotor base.
- the rotor blade may in particular be a drive rotor blade or a generator rotor blade.
- a rotor with a plurality of rotor elements for flow around a fluid in which a rotor element according to the invention is used.
- a rotor according to the invention having a plurality of rotor elements for flowing around through a fluid has at least one rotor element with features or feature combinations according to this illustration.
- the rotor according to the invention is seen from the direction of rotation of the rotor or in the plane of rotation of the rotor, the flow guide in (relative to the direction of rotation or rotational movement) slipstream of the rotor blade.
- the angular positions of the drive rotor blades of the rotor and / or the flow guide surfaces can be adjusted about their respective longitudinal axis directions, in particular controlled or regulated.
- drive rotor blades and flow control surfaces are correlated to each other adjustable, in particular controllable or adjustable.
- a corresponding mechanical and / or electrical device is used.
- the drive rotor blades are used in practice for optimal use of
- a first particular use is in power machines, in particular
- An engine according to the invention for converting the flow energy of a fluid, preferably wind energy, into another form of energy, in particular into electrical energy, has a rotor whose axis of rotation can be set substantially in the flow direction and which comprises features or combinations of features according to this representation.
- the fluid may be a gas, in particular and preferably air, or a liquid, in particular and preferably water.
- a second special application is in propeller drives, in particular
- Aircraft propeller drives for example, a Arthururburbopropellerantrieb.
- a propeller drive according to the invention for producing a propulsion in a fluid comprises at least one rotor with features or feature combinations according to this representation.
- the flow guide surface lies in front of the rotor blade.
- more thrust can be generated.
- the flow guide improves the aerodynamics in the direction of rotation of the rotor, in addition more air can be directed to the rotor and air turbulence can be reduced.
- the rotor according to the invention can be used in terms of hydropower in a Geileiteiikraftmaschine or a turbine.
- Rotor element according to the invention can also be realized with respect to wind power in sailing ships:
- the sail corresponds to the rotor blade.
- FIG. 1 shows an embodiment of a rotor element according to the invention
- FIG. 1 shows an embodiment of a rotor element 10 according to the invention.
- the rotor element 10 has a rotor blade 12 and a flow guide surface 14 associated therewith.
- the flow guide surface 14 faces a side surface 16.
- the side surface 16 is concave - it has an inner arc, while the other, concealed Hegende side surface of the rotor blade 12 is convex.
- the flow guide 14 has two convex sides - it has two outer curves and has an elliptical cross-section.
- Fluid flow direction 18 exposed by being aligned like a sail to the fluid flow arises in cooperation of the flow guide surface 14 and the Rotor blade 12 a particular laminar flow field between these two parts of the rotor element 10. Compared to the flow around the rotor blade 12 without
- Flow guide surface 14 results with flow guide surface 14 a stronger force on the rotor blade 12.
- the force on the rotor blade acts substantially perpendicularly away from the concealed convex side surface of the rotor blade 12 (buoyancy force).
- FIG. 2 is a schematic illustration of an embodiment of a windmill with a rotor 20 which has three rotor elements 10 according to the invention and is mounted on a mast 22 so as to be pivotable about the figure axis of the mast 22.
- the rotor elements 10 are equidistant on the rotor 20 at one about an axis perpendicular to the plane of the
- Rotor elements 10 rotatable rotor base 24 is arranged. Not shown in detail drawn such an embodiment of a wind turbine also includes a shaft on which acts by the rotation of the rotor 20 in the direction of rotation 26, an electric generator for generating electricity and a transmission for transmitting torque from the shaft to the electric generator. With respect to the direction of rotation 26 is the
- Wind turbines with and without flowguides reach under variation of the
Abstract
The invention relates to a rotor element (10) for a fluid to flow around and for a rotor (20). Said rotor element comprises a rotor blade (12) having two lateral surfaces and a flow conduction surface (14) associated with the rotor blade (12), the wake of said flow conduction surface influencing the flow impacting one of the lateral surfaces of the rotor blade (12) at least to some extent.
Description
ROTORELEMENT ZUR UMSTRÖMUNG DURCH EIN FLUID UND ROTOR ROTOR ELEMENT TO FLIP THROUGH A FLUID AND ROTOR
Die Erfindung betrifft ein Rotorelement zur Umströmung durch ein Fluid mit den The invention relates to a rotor element for flow around a fluid with the
Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Rotor mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 9. Features of the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a rotor having the features of the preamble of claim 9.
Windkraftanlagen und Windräder weisen Rotoren aus, die mit aerodynamisch optimierten Rotorblättern ausgestattet sind, so dass die kinetische Energie des Windes mit einem möglichst hohen Wirkungsgrad genutzt werden kann. Meist sind Rotoren für derartige Kraftanlagen mit einer im Wesentlichen horizontalen Rotationsachse ausgelegt, verfügen über mindestens zwei einstellbare Rotorblätter und erzeugen ein Drehmoment auf einer Welle, die über ein Getriebe zum Antrieb eines elektrischen Generators genutzt wird. Wind turbines and wind turbines have rotors that are equipped with aerodynamically optimized rotor blades, so that the kinetic energy of the wind can be used with the highest possible efficiency. Most rotors are designed for such power plants with a substantially horizontal axis of rotation, have at least two adjustable rotor blades and generate a torque on a shaft, which is used via a transmission for driving an electric generator.
Abhängig von der Größe, insbesondere Bauhöhe, und der Länge der Rotorblätter gibt es verschiedene Leistungsklassen. Dabei basiert die Auslegung aller Windräder auf der Betz Formel; nur etwa 59 % der Energie kann dem vorbeiströmenden Wind entnommen werden, sonst wird der Wind zu stark abgebremst oder der Wind strömt ausweichend um das Windrad herum. Depending on the size, in particular height, and the length of the rotor blades, there are different performance classes. The design of all wind turbines is based on the Betz formula; only about 59% of the energy can be taken from the passing wind, otherwise the wind is slowed down too much or the wind flows evasive around the wind turbine.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine hohe Nutzung der Strömungsenergie, insbesondere Windenergie, zu erreichen. The object of the present invention is to achieve a high utilization of the flow energy, in particular wind energy.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Rotorelement mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen charakterisiert. This object is achieved by a rotor element with the features of claim 1. Advantageous developments of the invention are characterized in the dependent claims.
Erfindungsgemäß umfasst ein Rotorelement zur Umströmung durch ein Fluid, insbesondere durch Luft, und für einen Rotor ein Roto blatt, das zwei Seitenflächen aufweist, und ein dem Rotorblatt zugeordneten Strömungsleitelement. Dabei ist das Strömungsleitelement eine Strömungsleitfläche, deren Nachlauf oder Nachlaufströmung wenigstens teilweise die
Anströmung, insbesondere die Druckverteilung und/oder das Geschwindigkeitsfeld, an einer der Seitenflächen des Rotorblattes beeinflusst. According to the invention comprises a rotor element for flow around a fluid, in particular by air, and for a rotor a Roto sheet having two side surfaces, and a rotor blade associated flow guide. In this case, the flow guide is a flow guide whose wake or wake flow at least partially Flow, in particular the pressure distribution and / or the velocity field, on one of the side surfaces of the rotor blade influenced.
Der Nachlauf wirkt direkt oder indirekt auf das Rotorblatt. Der Nachlauf ist insbesondere laminar oder turbulenzfrei oder wirbelfrei. Die Anströmung an der Seitenfläche oder die Umströmung des Rotorblatts ist insbesondere laminar oder turbulenzfrei oder wirbelfrei. In anderen Worten, wenigstens teilweise werden die Strömungsverhältnisse um das Rotorblatt im Vergleich zur Situation ohne Strömungsleitfläche geändert. Die Beeinflussung kann ortsabhängig sein oder eine räumliche Verteilung aufweisen. Die Beeinflussung kann in einer Geschwindigkeitserhöhung, in einer Geschwindigkeitsrichtungsänderung, oder in einer Erzeugung von Druckunterschieden oder Druckgradienten bestehen, die auf das Rotorblatt wirkt. Insbesondere kann wenigstens ein Teil des Rotorblatts stromabwärts von der Strömungsleitfläche liegen. Anders gesagt, der Nachlauf kann wenigstens teilweise auf das Rotorblatt treffen. The caster acts directly or indirectly on the rotor blade. The wake is particularly laminar or turbulence-free or vortex-free. The flow on the side surface or the flow around the rotor blade is in particular laminar or turbulence-free or vortex-free. In other words, at least in part, the flow conditions around the rotor blade are changed compared to the situation without a flow guide. The influence can be location-dependent or have a spatial distribution. The influence may be an increase in speed, a change of the speed direction, or a generation of pressure differences or pressure gradients acting on the rotor blade. In particular, at least a portion of the rotor blade may be located downstream of the flow guide. In other words, the wake can at least partially hit the rotor blade.
Mittels der Strömungsleitfläche wird in überraschender und vorteilhafter Weise die By means of the flow guide is in a surprising and advantageous way the
Anströmung des Rotorblatts derart verändert, dass im Vergleich zur Situation ohne Flow of the rotor blade changed so that compared to the situation without
Strömungsleitfläche eine stärkere Kjraft Wirkung der Strömung auf das Rotorblatt resultiert. Insbesondere kann zusätzliche Strömung auf das Rotorblatt gelenkt werden. Quantitativ wird die Kraftwirkung durch Variation verschiedener Parameter, wie der Größe, der Form und des Abstands des Rotorblatts und der Strömungsleitfläche zueinander optimiert. Die Strömungsleitfläche kann auch als Fluidstrom-Leitsystem, insbesondere Luftstrom- Leitsystem, bezeichnet werden. Im erfindungsgemäßen Rotorelement kann sich eine lange Maßstrecke der Flow guide results in a stronger Kjraft effect of the flow on the rotor blade. In particular, additional flow can be directed to the rotor blade. Quantitatively, the force effect is optimized by varying various parameters, such as the size, the shape and the distance of the rotor blade and the flow guide to each other. The flow guide can also be referred to as a fluid flow control system, in particular air flow control system. In the rotor element according to the invention, a long Maßstrecke the
Strömungsleitfläche entlang einer Längsachse des Rotorblattes erstrecken und/oder die Strömungsleitfläche kann innerhalb einer Schattenprojektion entlang einer Richtung eines Flächenvektors, insbesondere des gemittelten Flächenvektors oder Gesamtflächenvektors, (senkrechten Schattenprojektion) des Rotorblattes liegen. Die Strömungsleitfläche kann zwei konvexe Seitenflächen und/oder einen elhpsenförmigen Querschnitt (senkrecht zur langen Maßstrecke) aufweisen. Die eine Seitenfläche des Rotorblatts kann konkav und/oder
die andere Seitenfläche des Rotorblatts konvex geformt sein. Die Strömungsleitfläche kann der konkaven Seitenfläche des Rotorblatts gegenüberliegen. In verschiedenen Ausfuhrungen kann die Strömungsleitfläche insbesondere im Wesentlichen senkrecht oder parallel zur konkaven Seitenfläche des Rotorblatts angeordnet sein. In einer Weiterentwicklung ist der Winkel zwischen dem Rotorblatt und der Strömungsleitfläche einstellbar. Flow guide surface along a longitudinal axis of the rotor blade extend and / or the flow guide surface may lie within a shadow projection along a direction of a surface vector, in particular the averaged area vector or total area vector, (vertical shadow projection) of the rotor blade. The flow guide can have two convex side surfaces and / or a elhpsenförmigen cross section (perpendicular to the long Maßstrecke). The one side surface of the rotor blade may be concave and / or the other side surface of the rotor blade may be convex. The flow guide surface may face the concave side surface of the rotor blade. In various embodiments, the flow guide can be arranged in particular substantially perpendicular or parallel to the concave side surface of the rotor blade. In a further development, the angle between the rotor blade and the flow guide is adjustable.
In bevorzugten Ausfuhrungsformen des erfindungsgemäßen Rotorelements sind das Rotorblatt und die Strömungsleitfläche fest voneinander beabstandet und/oder gemeinsam in fester relativer Lage zueinander bewegbar. In preferred embodiments of the rotor element according to the invention, the rotor blade and the flow guide are fixedly spaced from each other and / or movable together in a fixed relative position to each other.
Konkret können das Rotorblatt und die Strömungsleitfläche miteinander durch Streben verbunden oder gemeinsam an einer Rotorbasis aufgenommen sein. Das Rotorblatt kann insbesondere ein Antriebsrotorblatt oder ein Generatorrotorblatt sein. Des Weiteren oder alternativ dazu kann im erfindungsgemäßen Rotorelement in Specifically, the rotor blade and the flow guide can be connected to each other by struts or taken together on a rotor base. The rotor blade may in particular be a drive rotor blade or a generator rotor blade. Furthermore or alternatively, in the rotor element according to the invention in FIG
Längsrichtung des Rotorblatts der Abstand einer Kante der Strömungsleitfläche von der Seitenfläche des Rotorblatts monoton zunehmen. Longitudinal direction of the rotor blade, the distance of an edge of the flow guide from the side surface of the rotor blade monotonically increase.
Im Zusammenhang des erfinderischen Gedankens steht auch ein Rotor mit einer Mehrzahl von Rotorelementen zur Umströmung durch ein Fluid, in welchem ein erfindungsgemäßes Rotorelement zum Einsatz gelangt. Mit anderen Worten, ein erfindungsgemäßer Rotor mit einer Mehrzahl von Rotorelementen zur Umströmung durch ein Fluid weist wenigstens ein Rotorelement mit Merkmalen oder Merkmalskombinationen gemäß dieser Darstellung auf. Mittels des im Rotorelement realisierten erfindungsgemäßen Fluidstrom-Leitsystems ist in vorteilhafter Weise eine Drehzahlerhöhung des Rotors mögüch. Quantitativ kann dabei das Verhältnis der Drehzahl des Rotors zu der Anströmgeschwindigkeit des Fluids eine Rolle spielen. Durch die Anordnung im erfindungsgemäßen Rotorelement können störende Verwirbelungen des Fluids reduziert werden.
In insbesondere für Windkraftanlagen oder Windräder bevorzugten Ausführungsforrnen des erfindungsgemäßen Rotors liegt aus der Drehrichtung des Rotors beziehungsweise in der Drehebene des Rotors gesehen die Strömungsleitfläche im (auf die Drehrichtung oder die Drehbewegung bezogenen) Windschatten des Rotorblatts. In the context of the inventive idea is also a rotor with a plurality of rotor elements for flow around a fluid, in which a rotor element according to the invention is used. In other words, a rotor according to the invention having a plurality of rotor elements for flowing around through a fluid has at least one rotor element with features or feature combinations according to this illustration. By means of the realized in the rotor element fluid flow control system according to the invention a speed increase of the rotor is mögüch advantageously. Quantitatively, the ratio of the rotational speed of the rotor to the flow velocity of the fluid play a role. The arrangement in the rotor element according to the invention disturbing turbulence of the fluid can be reduced. In particular preferred for wind turbines or wind turbines Ausführungsforrnen the rotor according to the invention is seen from the direction of rotation of the rotor or in the plane of rotation of the rotor, the flow guide in (relative to the direction of rotation or rotational movement) slipstream of the rotor blade.
In einer vorteilhaften Weiterentwicklung sind die Winkelstellungen der Antriebsrotorblätter des Rotors und/oder der Strömungsleitflächen um ihre jeweiligen Längsachsrichtungen einstellbar, insbesondere steuerbar oder regelbar. Bevorzugt sind Antriebsrotorblätter und Strömungsleitflächen korreliert zueinander einstellbar, insbesondere steuerbar oder regelbar. Dazu wird eine entsprechende mechanische und/oder elektrische Einrichtung verwendet. Die Antriebsrotorblätter werden in der Praxis zur optimalen Nutzung der In an advantageous further development, the angular positions of the drive rotor blades of the rotor and / or the flow guide surfaces can be adjusted about their respective longitudinal axis directions, in particular controlled or regulated. Preferably, drive rotor blades and flow control surfaces are correlated to each other adjustable, in particular controllable or adjustable. For this purpose, a corresponding mechanical and / or electrical device is used. The drive rotor blades are used in practice for optimal use of
Strömungsverhältnisse, insbesondere der Windverhältnisse, eingestellt. Flow conditions, in particular the wind conditions set.
Verschiedene Ausfohrungsformen des erfindungsgemäßen Rotors können in diversen konkreten Anwendungen eingesetzt werden. Various Ausfohrungsformen of the rotor according to the invention can be used in various concrete applications.
Eine erste besondere Verwendung besteht bei Kraftmaschinen, insbesondere A first particular use is in power machines, in particular
Windl aftmaschinen oder Windkraftanlagen. Eine erfindungsgemäße Kraftmaschine zur Umwandlung der Strömungsenergie eines Fluids, bevorzugt Windenergie, in eine andere Energieform, insbesondere in elektrische Energie, weist einen Rotor auf, dessen Drehachse im Wesentlichen in Strömungsrichtung anstellbar ist und der Merkmale oder Merkmalskombinationen gemäß dieser Darstellung umfasst. Dabei kann das Fluid ein Gas, insbesondere und bevorzugt Luft, oder eine Flüssigkeit, insbesondere und bevorzugt Wasser, sein. Wind-powered machines or wind turbines. An engine according to the invention for converting the flow energy of a fluid, preferably wind energy, into another form of energy, in particular into electrical energy, has a rotor whose axis of rotation can be set substantially in the flow direction and which comprises features or combinations of features according to this representation. In this case, the fluid may be a gas, in particular and preferably air, or a liquid, in particular and preferably water.
Eine zweite besondere V erwendung besteht bei Propellerantrieben, insbesondere A second special application is in propeller drives, in particular
Flugzeugpropellerantrieben, beispielsweise ein Flugzeugturbopropellerantrieb. Ein erfindungsgemäßer Propellerantrieb zur Erzeugung eines Vortriebs in einem Fluid umfasst wenigstens einen Rotor mit Merkmalen oder Merkmalskombinationen gemäß dieser Darstellung.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Propellerantriebs hegt in der Drehebene des Rotors gesehen die Strömungsleitfläche vor dem Rotorblatt. In vorteilhafter Weise ist mehr Schub generierbar. Die Strömungsleitfläche verbessert die Aerodynamik in Drehrichtung des Rotors, zusätzlich können mehr Luft auf den Rotor gelenkt sowie Luftverwirbelungen reduziert werden. Aircraft propeller drives, for example, a Flugzeugurburbopropellerantrieb. A propeller drive according to the invention for producing a propulsion in a fluid comprises at least one rotor with features or feature combinations according to this representation. In a preferred embodiment of the propeller drive, viewed in the plane of rotation of the rotor, the flow guide surface lies in front of the rotor blade. Advantageously, more thrust can be generated. The flow guide improves the aerodynamics in the direction of rotation of the rotor, in addition more air can be directed to the rotor and air turbulence can be reduced.
Darüber hinaus kann der erfindungsgemäße Rotor in Bezug auf Wasserkraft in einer Gezeiteiikraftmaschine oder einer Turbine genutzt werden. Die Anordnung des In addition, the rotor according to the invention can be used in terms of hydropower in a Geileiteiikraftmaschine or a turbine. The arrangement of the
erfindungsgemäßen Rotorelements kann mit Bezug auf Windkraft auch bei Segelschiffen realisiert werden: Dabei entspricht das Segel dem Rotorblatt. Rotor element according to the invention can also be realized with respect to wind power in sailing ships: Here, the sail corresponds to the rotor blade.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren dargestellt. Es zeigt im Einzelnen: Further advantages and advantageous embodiments and developments of the invention will be described with reference to the following description with reference to the figures. It shows in detail:
Fig.1 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rotorelements, und 1 shows an embodiment of a rotor element according to the invention, and
Fig.2 eine Ausführungsfonn eines Windrades mit drei erfindungsgemäßen 2 shows an embodiment of a wind turbine with three according to the invention
Rotorelementen. Rotor elements.
Die Figur 1 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rotorelements 10. Das Rotorelement 10 weist ein Rotorblatt 12 und eine diesem zugeordnete Strömungsleitfläche 14 auf. Die Strömungsleitfläche 14 Hegt einer Seitenfläche 16 gegenüber. In der gezeigten Ausführungsform ist die Seitenfläche 16 konkav - sie weist einen Innenbogen auf, während die andere, verdeckt Hegende Seitenfläche des Rotorblatts 12 konvex ist. Des Weiteren hat die Strömungsleitfläche 14 zwei konvexe Seiten - sie weist zwei Außenbogen auf- und hat einen ellipsenförmigen Querschnitt. 1 shows an embodiment of a rotor element 10 according to the invention. The rotor element 10 has a rotor blade 12 and a flow guide surface 14 associated therewith. The flow guide surface 14 faces a side surface 16. In the embodiment shown, the side surface 16 is concave - it has an inner arc, while the other, concealed Hegende side surface of the rotor blade 12 is convex. Furthermore, the flow guide 14 has two convex sides - it has two outer curves and has an elliptical cross-section.
Wird das erfindungsgemäße Rotorelement 10 einer Fluidströmung mit einer Will the rotor element 10 according to the invention of a fluid flow with a
Fluidströmungsrichtung 18 ausgesetzt, indem es wie ein Segel zur Fluidströmung ausgerichtet wird, entsteht in Zusammenwirkung der Strömungsleitfläche 14 und dem
Rotorblatt 12 ein insbesondere laminares Strömungsfeld zwischen diesen beiden Teilen des Rotorelements 10. Im Vergleich zur Umströmung des Rotorblattes 12 ohne Fluid flow direction 18 exposed by being aligned like a sail to the fluid flow, arises in cooperation of the flow guide surface 14 and the Rotor blade 12 a particular laminar flow field between these two parts of the rotor element 10. Compared to the flow around the rotor blade 12 without
Strömungsleitfläche 14 resultiert mit Strömungsleitfläche 14 eine stärkere Kraft auf das Rotorblatt 12. Die Kraft auf das Rotorblatt wirkt im Wesentlichen senkrecht von der verdeckt liegende konvexe Seitenfläche des Rotorblattes 12 weg (Auftriebskraft). Flow guide surface 14 results with flow guide surface 14 a stronger force on the rotor blade 12. The force on the rotor blade acts substantially perpendicularly away from the concealed convex side surface of the rotor blade 12 (buoyancy force).
Die Figur 2 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Windrades mit einem Rotor 20, der drei erfindungsgemäße Rotorelemente 10 aufweist und auf einem Mast 22 schwenkbar um die Figurenachse des Mastes 22 befestigt ist. Die Rotorelemente 10 sind gleichbeabstandet auf dem Rotor 20 an einer um eine Achse senkrecht zur Ebene derFIG. 2 is a schematic illustration of an embodiment of a windmill with a rotor 20 which has three rotor elements 10 according to the invention and is mounted on a mast 22 so as to be pivotable about the figure axis of the mast 22. The rotor elements 10 are equidistant on the rotor 20 at one about an axis perpendicular to the plane of the
Rotorelemente 10 drehbaren Rotorbasis 24 angeordnet. Nicht näher zeichnerisch dargestellt umfasst eine derartige Ausführungsform eines Windrades auch eine Welle, auf der durch die Drehung des Rotors 20 in Drehrichtung 26 ein Drehmoment wirkt, einen elektrischen Generator zur Erzeugung von Strom sowie ein Getriebe zur Drehmomentübertragung von der Welle auf den elektrischen Generator. Bezüglich der Drehrichtung 26 liegt die Rotor elements 10 rotatable rotor base 24 is arranged. Not shown in detail drawn such an embodiment of a wind turbine also includes a shaft on which acts by the rotation of the rotor 20 in the direction of rotation 26, an electric generator for generating electricity and a transmission for transmitting torque from the shaft to the electric generator. With respect to the direction of rotation 26 is the
Strömungsleitfläche 14 in kurzem Abstand hinter, insbesondere im Windschatten des Rotorblattes 12. Frontal auf das Windrad gesehen, ist die konkave Seitenfläche des Flow guide 14 at a short distance behind, especially in the lee of the rotor blade 12. Frontal view of the wind turbine, the concave side surface of the
Rotorblattes 12 sichtbar. Zum experimentellen Nachweis des beschriebenen Prinzips an einem mehrere Rotor blade 12 visible. For experimental proof of the described principle at one more
Antriebsrotorblätter aufweisenden Windrad wurden bei einer Mehrzahl verschiedener Drive rotor blades having wind turbine were in a plurality of different
Luftströmungsgeschwindigkeiten (Windstärken) und parametriert mit dem Anstellwinkel des Windrads zur Strömungsrichtung Drehzahlmessungen am Windrad mit und ohne zugeordneten Strömungsleitflächen durchgeführt. Dabei haben sich die folgenden quantitativen Abhängigkeiten gezeigt: Windräder mit und ohne Strömungsleitflächen erreichen unter Variation des Air flow velocities (wind strengths) and parameterized with the angle of attack of the wind turbine to the flow direction. Speed measurements on the wind turbine with and without assigned flow guide surfaces. The following quantitative dependencies have been shown: Wind turbines with and without flowguides reach under variation of the
Anstellwinkels bei einem bestimmten Anstellwinkel unabhängig von der Strömungsgeschwindigkeit eine maximale Drehzahl. Bei einem festen Anstellwinkel und einer festen Strömungsgeschwindigkeit kann grundsätzlich mittels der Strömungsleitflächen die Drehzahl gesteigert werden. Mit zunehmender Strömungsgeschwindigkeit werden die relativen Angle of attack at a certain angle regardless of the flow rate, a maximum speed. With a fixed angle of attack and a fixed flow velocity, the speed can in principle be increased by means of the flow guide surfaces. With increasing flow velocity, the relative
Steigerungsraten größer. Mit abnehmendem Winkel zwischen dem Rotorblatt und der Growth rates greater. With decreasing angle between the rotor blade and the
Strömungsleitfläche erhöht sich die Drehzahl.
Liste der Bezugszeichen Flow control increases the speed. List of reference numbers
10 Rotorelement 10 rotor element
12 Rotorblatt 12 rotor blade
14 Strömungsleitfläche 14 flow control surface
16 Seitenfläche 16 side surface
18 Fluidströmungsrichtung 18 fluid flow direction
20 Rotor 20 rotor
22 Mast 22 mast
24 Rotorbasis 24 rotor base
26 Drehrichtung
26 direction of rotation
Claims
Ansprüche claims
Rotorelement (10) zur Uniströmung durch ein Fluid und für einen Rotor (20), mit einem Rotorblatt (12), das zwei Seitenflächen aufweist, und einem dem Rotorblatt (12) zugeordneten Strömungsleitelement, Rotor element (10) for the flow through a fluid and for a rotor (20), with a rotor blade (12), which has two side surfaces, and a flow guide element associated with the rotor blade (12),
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass das Strömungsleitelement eine Strömungsleitfläche (14) ist, deren Nachlauf wenigstens teilweise die Anströmung an einer der Seitenflächen des Rotorblattes (12) beeinflusst. the flow-guiding element is a flow-guiding surface (14), the wake of which at least partially influences the flow on one of the side surfaces of the rotor blade (12).
Rotorelement (10) gemäß Anspruch 1, Rotor element (10) according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass sich eine lange Maßstrecke der Strömungsleitfläche (14) entlang einer that a long Maßstrecke the flow guide (14) along a
Längsachse des Rotorblattes (12) erstreckt und/oder dass die Strömungsleitfläche (14) innerhalb einer Schattenprojektion entlang einer Richtung eines Flächenvektors des Rotorblattes (12) liegt. Longitudinal axis of the rotor blade (12) extends and / or that the flow guide surface (14) within a shadow projection along a direction of a surface vector of the rotor blade (12).
Rotorelement (10) gemäß Anspruch 1 oder 2, Rotor element (10) according to claim 1 or 2,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Strömungsleitfläche (14) zwei konvexe Seitenflächen und/oder einen ellipsenförmigen Querschnitt aufweist. the flow guide surface (14) has two convex side surfaces and / or an elliptical cross section.
Rotorelement (10) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, Rotor element (10) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass das Rotorblatt (12) und die Strömungsleitfläche (14) fest voneinander beabstandet sind und/oder gemeinsam in fester relativer Lage zueinander bewegbar sind.
Rotorelement (10) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, the rotor blade (12) and the flow guide surface (14) are fixedly spaced from one another and / or can be moved together in a fixed relative position to one another. Rotor element (10) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die eine Seitenfläche des Rotorblattes (12) konkav und/oder die andere that one side surface of the rotor blade (12) is concave and / or the other
Seitenfläche des Rotorblatts (12) konvex geformt ist. Side surface of the rotor blade (12) is convex.
Rotorelement (10) gemäß Anspruch 5, Rotor element (10) according to claim 5,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Strömungsleitfläche (14) der konkaven Seitenfläche des Rotorblatts (12) gegenüberliegt. the flow guide surface (14) is opposite the concave side surface of the rotor blade (12).
Rotorelement (10) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, Rotor element (10) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass das Rotorblatt (12) und die Strömungsleitfläche (14) miteinander durch Streben verbunden oder gemeinsam an einer Rotorbasis (24) aufgenommen sind. in that the rotor blade (12) and the flow guide surface (14) are connected to one another by struts or are accommodated together on a rotor base (24).
Rotorelement (10) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, Rotor element (10) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass in Längsrichtung des Rotorblatts (12) der Abstand einer Kante der in the longitudinal direction of the rotor blade (12), the distance of an edge of the
Strömungsleitfläche (14) von der Seitenfläche des Rotorblatts (12) monoton zunimmt. Flow guide surface (14) of the side surface of the rotor blade (12) monotonically increases.
Rotor (20) mit einer Melirzahl von Rotorelementen (10) zur Umströmung durch ein Fluid, Rotor (20) having a number of rotor elements (10) for flowing around a fluid,
gekennzeichnet durchmarked by
ein Rotorelement (10) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche. a rotor element (10) according to one of the preceding claims.
Rotor (20) gemäß Anspruch 9, Rotor (20) according to claim 9,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass aus der Drehrichtung des Rotors (20) gesehen die Strömungsleitfläche (14) im Windschatten des Rotorblatts (12) liegt.
that seen from the direction of rotation of the rotor (20), the flow guide surface (14) lies in the slipstream of the rotor blade (12).
11. Rotor (20) gemäß Anspruch 9 oder 10, 11. Rotor (20) according to claim 9 or 10,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Winkelstellungen der Rotorblätter (12) und/oder der Strömungsleitflächen (14) um ihre jeweiligen Längsachsrichtungen einstellbar, insbesondere steuerbar oder regelbar, sind. the angular positions of the rotor blades (12) and / or the flow guide surfaces (14) are adjustable, in particular controllable or controllable, about their respective longitudinal axis directions.
12. Kraftmaschine zur Umwandlung der Strömungsenergie eines Fluids in eine andere Energieform, insbesondere in elektrische Energie, mit einem Rotor (20), dessen Drehachse im Wesentlichen in Strömungsrichtung anstellbar ist, 12. engine for converting the flow energy of a fluid into another form of energy, in particular into electrical energy, with a rotor (20) whose axis of rotation can be set substantially in the flow direction,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass der Rotor (20) ein Rotor gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11 ist. the rotor (20) is a rotor according to one of claims 9 to 11.
13. Kraftmaschine gemäß Anspruch 12, 13. Engine according to claim 12,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass das Fluid ein Gas, insbesondere Luft, oder eine Flüssigkeit, insbesondere Wasser, ist. the fluid is a gas, in particular air, or a liquid, in particular water.
14. Propellerantrieb zur Erzeugung eines Vortriebs in einem Fluid, 14. propeller drive for producing a propulsion in a fluid,
gekennzeichnet durch marked by
wenigstens einen Rotor (20) gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11. at least one rotor (20) according to one of claims 9 to 11.
15. Propellerantrieb gemäß Anspruch 14, 15. Propeller drive according to claim 14,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass in der Drehebene des Rotors (20) gesehen die Strömungsleitfläche (14) vor dem Rotorblatt (12) liegt.
that in the plane of rotation of the rotor (20) seen the flow guide surface (14) in front of the rotor blade (12).
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