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    • 专利摘要:

    公开号:WO1983004073A1
    申请号:PCT/DE1983/000083
    申请日:1983-05-07
    公开日:1983-11-24
    发明作者:Erich Herter；Gunnar Herter
    申请人:Erich Herter；Gunnar Herter；
    IPC主号:F03D3-00
    专利说明:
    [0001]
    [0002] INTERNATIONALE ANMELDUNG VERÖFFENTLICHT NACH DEM VERTRAG ÜBER DIE INTERNATIONALE ZUSAMMENARBEIT AUF DEM GEBIET DES PATENTWESENS (PCT)
    [0003] (51) Internationale Patentklassifikation ~ : (11) Internationale Veröffentlichungsnummer: WO 83/ 04
    [0004] F03D 3/06 AI (43) Internationales
    [0005] Veröffentlichungsdatum 24. November 1983 (24.1 1.
    [0006] (21) Internationales Aktenzeichen: PCT/DE83/00083
    [0007] (22) Internationales Anmeldedatum: 7. Mai 1983 (07.05.83)
    [0008] (31) Prioritätsaktenzeichen: P 32 17 359.8
    [0009] (32) Prioritätsdatum: 8. Mai 1982 (08.05.82)
    [0010] (33) Prioritätsland: DE
    [0011] (71)(72) Anmelder und Erfinder: HERTER, Erich [DE/DE]; HERTER, Gunnar [DE/DE]; Am Pelz 66, D-61 Darmstadt (DE).
    [0012] (74) Anwalt: WOLF, Günter; Mittelweg 12, D-6000 Frankfurt/Main (DE).
    [0013] (81) Bestimmungsstaaten: AU, BR, DK, FI, JP, NO, US.
    [0014] Veröffentlicht
    [0015] Mit internationalem. Recherchenbericht. Vor Ablauf der für Änderungen der Ansprüche zugelassenen Frist. Veröffentlichung wird wiederholt falls Änderungen eintreffen.
    [0016] (54) Title: TURBINE
    [0017] (54) Bezeichnung: TURBINE
    [0018]
    [0019] (57) Abstract
    [0020] The turbine, particularly a wind operated turbine, is intended to transform the energy of a free flow stream and co prises a rotor provided with vanes and rotating about a vertical axis. Each vane (1) of the rotor (2) is secured to the rot (2) and arranged so as to travel through a space which is not swept by the other vane.
    [0021] (57) Zusammenfassung
    [0022] Die Turbine, insbesondere Windturbine ist zu Umsetzung der Energie einer frei anströmenden Strömung bestim und besteht aus einem um eine vertikale Achse drehbaren Rotor mit Strömungsfangblättern. Jedes Strömungsfangblatt (1 des Rotors (2) ist bezüglich seiner Umlaufbahn derart am Rotor angeordnet, dass es einen eigenen, vom jeweils andere Strömungsfangblatt ungestörten Raum (3) durchläuft.
    Turbine
    Die Erfindung betrifft eine Turbine gemäß Oberbegriff des Hauptanspruches. Soweit hier der allgemeine Begriff Turbine gewählt ist, geschieht dies in Rück sieht darauf, daß die erfindungsgemäße Turbine auch in einer Wasserströmung in entsprechender Anpassung anwendbar ist. Der Einfachheit halber wird aber nachfolgend auf den bevorzugten Anwendungsbereich der Ausnutzung bzw. Umsetzung von Windenergie Bezug genommen.
    Die als sogenannte Darrieus-Turbine bekannte Bauart hat infolge Windrichtungsunabhängigkeit und geringer Bauhöhe mechanische Vorteile. Jedoch ist der Betriebsbereich infolge kleiner Schnellaufzahlen, die bei ca. 5 - 7 liegen, wesentlich kleiner als der von Axialturbiπen, dereπ Schnellaufzahleπ zwischen θ und 13 liegen. Die Darrieus-Turbine benötigt immer eine Anlaufhilfe, wobei vorzugsweise als Zusatzrotor ein sogenanntes Savonius-Rad verwendet wird, das dar Darτieus-Turbine die notwendige Anfahrgeschwindigkeit gibt, damit sich eine aerodynamische Auftribeskraft entwickeln kann. Der Anlaufrotor braucht bei überschreiten seiner spezifischen Eigengeschwindigkeit Energie, da sich dann die Turbine in ein Gebläse umkehrt. Außerdem bekannt ist eine Kombination von Staudruckund H-Turbine, die selbsttätig bei kleinen Windgeschwindigkeiten anläuft und später, bei Vorhandensein einer Mindestgeschwindigkeit, zur Erzeugung eines aerodynamischen Auftriebes durch eine vorzugsweise Fliehkraftsteuerung den Schwenkbereich reduziert.
    Diese Bauart bringt eine große Verbesserung zur Herkömmlichen Darrieus-Turbine, hat jedoch im Vergleich zu der Axialturbine ebenfalls den Nachteil der geringen Anwendungsbreite.
    Turbinen der eingangs genannten Art sind allgemein bekannt, bspw. nach der DE-PS 518 733, FR-PS 921 518, US-PS 1 139 103.
    Bei all diesen Turbinen bemüht man sich um eine optimale Einstellung der Strömungsfangblätter zur An strömrichtung.
    Während einer Umlaufphase ist es aber praktisch unvermeidhar, daß im Gegenlaufbereich zur Windrichtung zumindest ein gewisser Bremseffekt auftritt, der Ursache dafür sein dürfte, daß für das Verhältnis Windgeschwindigkeit zu Umlaufgeschwindigkeit bisher nur Werte in de r Größenordnung von etwa 1 : 6 bis maximal 1 : 8 erreicht werden konnten. Die Ursache dafür dürfte auch im wesentlichen mit darin zu suchen sein, daß die Strömungsfangblätter beim Durchlaufen einer Kreisbahn in der Kreisbahn verbleiben und, soweit Verstellungen erfolgen auch die Vorder- und/oder Hinterkanten der Strömungsfangblätter entsprechend versetzte Kreisbahnen durchlaufen.
    Hierzu für entsprechende Einstellungen und für günstige Umlaufbahnen zu sorgen ist ohne weiteres möglich. Dabei hleibt aber die Gegebenheit bestehen, daß das Strömungsfangblatt, das die anströmseitig vordere Hälfte der Umlaufbahn durchläuft, die Strömung zwangsläufig für das in der hinteren Hälfte laufende Blatt stört.
    Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, eine Turbine der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß noch günstigere Umsetzungsverhältnisse bezüglich Anströmgeschwindigkeit zur Umlaufgeschwindigkeit erreichbar sind.
    Diese Aufgabe ist mit einer Turbine der eingangs genannten Art nach der Erfindung durch das im Kennzeichen des Anspruches 1 Erfaßte gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich nach den Unteransprüchen.
    Wesentlich ist hierbei also, von Sturmsicherheitsstellungen abgesehen, auf die noch eingegangen wird, daßjedes Strömungsfangblatt in einem vom anderen Strömungsfangblatt ungestört bzw. weitgehend ungestörten Luftraum durchlaufen kann, der, je nach Gestaltung des jeweiligen Strömungsfangblattes, im wesentlichen die Form eines Zylinders hat. Versuche haben gezeigt, daß auf diese Weise Umlaufgeschwindigkeiten erreicht werden können, die praktisch dem 23-fachen der Windgeschwindigkeit entsprechen.
    Das Ganze ist natürlich nicht auf die Anordnung von zwei Stromungsfangblättern beschränkt, sondern es können auch mehr als zwei Strömungsfangblätter an der Turbine vorgesehen werden.
    Obgleich jedes Strömungsfangblatt natürlich an einem separaten Rotorarm (mit Gegengewicht) angeordnet werden könnts, wird eine Ausbildung bezuglich Rotorarm/ Strömungsfangblatt im Sinne des Anspruches bevorzugt.
    Die erfindungsgemäße Turbine und weitere vorteilhafte Ausbildungsformen werden nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
    Es zeigt schematisch
    Fig. 1 - 3 die Turbine in bevorzugter Ausführungsform und in verschiedenen Stellungen; Fig. 4 ,5 besondere Ausführungsformen des Strömungs fangblattes und Fig.6 , 7 eine weitere besondere Ausführungsform der Turbine.
    Das Grundprinzip der Turbine ist ohne weiteres aus Fig. 1 erkennbar. Der ganze Rotor 2 besteht aus einem zur Drehachse 4 mittig angeordneten Rotαrarm 2', an dessen freien Enden die Strömungsfangblätter 1 angeordnet sind. Der Rotorarm 2' ist zur Drehachee 4 geneigt angeordnet und zwar derart, daß in dieser Stellung jedes der beiden Strömungsfangblätter 1 einen anderen Raum 3 zur Verfügung hat bzw. durchläuft. Dadurch wird erreicht, daß die beiden Blätter 1 in jedes Stellung eine weitgehend vom anderen Blatt un gestörte Strömung durchschneiden. Eine Sturmsicherung ist bei dieser Ausführungsform besonders einfach zυ hewerkstelligen, indem nämlich einfach eine Horizon talstellung des Rotorarmes 2' (Fig. 2) und eine Kippstellung der Strömungsfangblätter 1 im Sinne der Fig. 3 hewirkt wird.
    Für derartige Einstellungen stehen ohne weiteres geeignete Stellmittel bzw. Verstellelemente zur Verfügung, so daß diese keiner besonderen Erläuterung bedürfen. Erwähnt sei nur, daß derartige Einstellungen durch Fliehkraftelemente bewirkt werden können. In Rücksicht auf die erreichbaren hohen Umlaufgeschwindigkeiten und die damit zu fordernde Laufruhe ist es vorteilhaft, die Drehachse 4 in einem Pendellager 4 ' pendelnd zu lagern und am unteren Ende der Drehachse ein Rotorgewicht 5 anzuordnen, das bspw. in Form einer Scheibe ausgebildet ist und bei entsprechend hohen Drehzahlen die Wirkung eines Kreisels hat, der für die Stabilisierung des Ganzen sorgt und insoweit auch für eine weitgehende Konstanz der Drehzahl.
    Wie aus Fig. 1 - 3 erkennbar, kann das untere Ende der Drehachse 4 bzw. das Rαtorgegeπgewicht 5 mittels einer Gelenkwelle 9 oder biegsamen Welle mit einem am Boden angeordneten Generator lo verbunden sein. Wie Fig. 6 zeigt, ist die Anordnung der Turbine an bzw. auf einem Mast (Fig. 1-3) nicht zwingend, sondern der Rotor 2 kann auch, natürlich unter Zwischenschaltung von Drehanschlüssen 11 zum Boden hin mit einem Verankerungsseilzug 6 und nach oben mit einem von einem Schwebekörper 7 getragenen Tragseilzug 8 versehen sein.
    Als im Sinne einer Steigeruπg oder Umlaufneschwindinfeit besonders vσrteilhaft hat sich eine Strömungsfanghlattgestaltung im Sinne der Fig. 4 ,5 erwiesen, nämlich dahingehend, daß man die freien Enden 1' in Bezug auf die Umlaufrichtung nach vorn anstellt und das Strömungsfangblatt gemäß Fig. 5 derart krümmt, daß der Krümmungsradius im Ansatzbereich am Ende des Rotorarmes 2' größer macht als am freien Ende 1' des Blattes 1.
    Das Grundprinzip der Turbine kann auch im Sinne der Fig. 7 besonders einfach verwirklicht werden, bei der jetweils eine Hälfte des Rotorarmes 2' und das Strömungsfangblatt 1 gewissermaßen eine aerodynamische Einheit bilden, wobei ebenfalls die Rotorar me und das Strömungsfangblatt durch die Schrägstel-lung in jeweils anderen Räumen umlaufen. Bei entsprecheπder Ausbildung der Rotorarme 2' in Farm eines Flügelprofiles laufen diese ebenfalls, wie sich gezeigt hat, mit hohen Geschwindigkeiten um und zwar salbst dann, wenn an den Rotorarmen 2'par keine Strömungsfangblätter 1, wie dargestellt, angeordnet sind, da die Rotorarme 2' dann gewissermaßen selbst die Strömungsfangblätter bilden.
    权利要求:
    Claims Patentansprüche:
    1. Turbine, insbesondere Windturbine zur Umsetzung der Energie einer frei anströmenden Strömung, bestehend aus einem um eine vertikale Achse dreh baren Rotor mit Strömungsfangblättern, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß jedes Strömungsfangblatt (1) das Rotors (2) be- züglich seiner Umlaufbahn derart am Rotor angeordnet ist, daß es einen eigenen, vom jeweils anderen Strömungsfangblatt ungestörten Raum (3) durchläuft.
    2. Turbine nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Strömungs fangblätter (1) an den Enden eines gemeinsamen Rotorarmes (2') angeordnet sind und dieser bezüglich der Drehachse (4) schräg gestellt angeordnet ist.
    3. Turbine nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Rotorarm (2') in Bezug auf seine Drehachse (4) einstell bar angeordnet ist.
    4. Turbine nach Anspruch 2, und/oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i ch n e t, daß die Strömungsfangblätter (1) an den Enden des Rotorarmes (2') kippbar angeordnet sind.
    5. Turbine nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Strömungs fangblatt (1) mit einer Flächenkrümmung derart versehen ist, daß der Krümmungsradius im Ansatz bereich am Ende des Rotorarmes größer ist als an den freien Enden des Blattes (Fig. 5).
    6. Turbine nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,. daß die freien Enden (l') des Strömungsfangblattes (1) in Bezug auf die Laufrichtung nach vorn angestellt angeordnet sind.
    7. Turbine nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Drehachse (4) des Rotors (2) pendelnd gelagert und am uπteren Ende der Achse ein Rotorgegengewicht (5) angeordnet ist.
    8. Turbine nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Rotor (2) nach unten mit einem Verankerungsseilzug (6) und nach oben mit einem von einem Schwebekörper (7) getragenen Tragseilzug (8) versehen ist.
    9. Turbine nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Rotorar me (2') des Rotors (2) als Strömungsfangblät ter mit flügelartiger Querschnittsprofilierung ausgebildet sind. Turbine nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daβ die Rotorarme (2') an ihren Enden mit Strömungsfangblättern (1) versehen und Arme (2') und Blätter (1) als aerodynamische Knickflügeleinheit ausgebildet sind. (Fig. 7)
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    同族专利:
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    FI834248D0||
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1983-11-21| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 834248 Country of ref document: FI |
    1983-11-24| AK| Designated states|Designated state(s): AU BR DK FI JP NO US |
    1983-12-08| CFP| Corrected version of a pamphlet front page|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    DE3217359A|DE3217359C2|1982-05-08|1982-05-08||
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