AT410468B - Windkraftanlage zur energiegewinnung - Google Patents

Description

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   Die Erfindung bezieht sich auf eine Windkraftanlage zur Energiegewinnung mit einem axial durchströmten, auf einer Welle drehbar gelagerten, mit Laufschaufeln versehenen Laufrad und mit einer die Luftströmung durch das Laufrad beschleunigten Leiteinrichtung. 



   Übliche Windkraftanlagen besitzen meist propellerartige Laufräder die zur Erzeugung von Energie in bzw. entgegen der Windrichtung ausgerichtet werden. Die bekannten Laufräder besitzen allerdings den Nachteil, dass ihre Wirtschaftlichkeit insbesondere bei kleinen Windgeschwindigkeiten und bei kleineren Durchmessern äusserst gering ist. Um dies zu verbessern ist es bekannt (DE 33 23 200 A), die Luft im Laufrad über eine trichterförmige Leiteinrichtung zuzuführen. Die Leiteinrichtung besitzt eine sich bis zum Turbinenrad verjüngende düsenartige Form, die den Luftstrom durch das Laufrad beschleunigen soll. Diese bekannte Windkraftanlage hat aber eine erhebliche Baugrösse, insbesondere Baulänge, weshalb sie sich kaum in grossem Umfang kommerziell nutzen lässt, wie insbesondere für den Privatbereich. 



   Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, diese Mängel zu beseitigen, und eine Windkraftanlage der eingangs geschilderten Art bereitzustellen, die die zur Verfügung stehende Windenergie bei einer kompakten Baugrösse möglichst vorteilhaft nutzt. 



   Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, dass die Leiteinrichtung aus mehreren sich in Strömungsrichtung verjüngenden Strömungskanälen besteht, die auf dem Laufradkranz um eine Welle verteilt angeordnet sind, dass die Laufschaufeln jeweils einem Strömungskanal nachgeordnet sind und dass das Laufrad einen es umschliessenden Aussenmantel aufweist. 



   Ein wesentlicher Anteil an der Wirkungsgradsteigerung der erfindungsgemässen Windkraftanlage liegt darin, dass nahezu die gesamte projizierende Grundfläche des Laufrades die Luftströmung ausnutzt, wozu es die Vielzahl an kranzförmig um die Welle verteilt angeordneten Strömungskanälen für die Luftströmung aufweist, welchen einzelnen Strömungskanälen je Laufschaufeln nachgeordnet sind. Jeder Strömungskanal besitzt somit seine eigene Leiteinrichtung, mit der er die Luftströmung den jeweiligen Schaufeln zuführt. Durch die besondere Ausgestaltungsform der einzelnen Strömungskanäle und das Vorsehen des das Laufrad umschliessenden Aussenmantels wird der Staudruck vor dem Laufrad zusätzlich erhöht, wodurch die durch das Laufrad strömende Luft zusätzlich beschleunigt wird. 



   Besonders vorteilhafte Verhältnisse ergeben sich für die Windkraftanlage, wenn sich die Strömungskanäle im Anschluss an ihre Verjüngung wieder erweitern, wobei die einzelnen Strömungsquerschnitte dann düsenförmig ausgebildet sind. Um die erfindungsgemässe Windkraftanlage über einen grossen Geschwindigkeitsbereich einer Luftströmung bestmöglich einsetzen zu können, sind die Laufschaufeln verstellbar ausgebildet. 



   Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind in den Strömungskanälen vor den Laufschaufein Leitwände angeordnet. Diese Leitwände können beispielsweise schräg gestellte Leitschienen sein, welche die Luftströmung zur   Strömungskanaimitte   hin umleiten. 



   Ist eine mobile Nutzung der erfindungsgemässen Windkraftanlage gewünscht, wird sie auf einem Trägerfahrzeug angeordnet. Dieses Trägerfahrzeug kann beispielsweise ein Baggerfahrzeug sein, auf dessen Baggerarm die Windkraftanlage montiert ist. Die Windnachführung wird in diesem Fall beispielsweise über den Drehkranz des Kettenfahrzeuges geregelt. Das Kettenfahrzeug kann im Gelände selbst schwer zugängliche Standort leicht und ohne zusätzliche Hilfsmittel anfahren. 



   Die Erfindung ist in der Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispieles schematisch dargestellt. Es zeigen :
Fig. 1 ein Geschwindigkeitsschema durch ein Laufrad einer erfindungsgemässen Windkraftan- lage,
Fig. 2 eine erfindungsgemässe Windkraftanlage in Vorderansicht,
Fig. 3 die Windkraftanlage aus Fig. 2 in teilgeschnittener Seitenansicht
Fig. 4 und 5 eine Ausgestaltungsvariante der Windkraftanlage aus den Fig. 2 und 3 in Vorder- und Seitenansicht,
Fig. 6 ein Geschwindigkeits- und Druckverteilungsschema für einen Strömungskanal
Fig. 7 in einem Strömungskanal angeordnete Leitwände und
Fig. 8 ein Ausführungsbeispiel für Laufschaufeln. 



   Eine Windkraftanlage 1 zur Energiegewinnung besteht im wesentlichen aus einem axial durchströmten, auf einer Welle 2 und mit Laufschaufein 3 versehenen Laufrad 4 und aus einer die Luft- 

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 strömung durch das Laufrad 4 beschleunigenden Leiteinrichtung 5. Die Leiteinrichtung 5 setzt sich aus mehreren sich in Strömungsrichtung verjüngenden Strömungskanälen 6 zusammen. Diese Strömungskanäle 6 sind mit ihren Leiteinrichtungen 5 auf dem Laufrad 4 kranzförmig um die Welle 2 verteilt angeordnet, um die Luftströmung über den gesamten angeströmten Querschnitt des Laufrades 4 nutzen zu können. Die Laufschaufeln 3 sind jeweils einem Strömungskanal 6 nachgeordnet und das Laufrad 4 weist einen es umschliessenden Aussenmantel 7 auf.

   Dieser   Aussenmantel   besitzt eine Ringdüsenform, wodurch der Staudruck vor dem Laufrad 4 erhöht werden soll. 



   Die Strömungskanäle 6 erweitern sich im Anschluss an ihre Verjüngung wieder, um den Luftstrom durch die Strömungskanäle 6 bestmöglich auszunutzen. Zu diesem Zweck können die Laufschaufeln ein Tragflächenprofil zur Steigerung des Nutzungsgrad der Windkraftanlage 1 besitzen. Vorteilhafterweise bilden die Laufschaufeln 3 zwischen sich ebenfalls düsenförmige Strömungskanäle aus, wobei sich die Strömungskanäle zwischen den Punkten m und n (Fig. 8) verjüngen und anschliessend wieder erweitern. Die Laufschaufein 3 sind zur Anpassung an die vorherrschende Windgeschwindigkeit verstellbar ausgebildet. Ebenso können in einzelnen Strömungskanälen 6 vor den Laufschaufeln 3 Leitwände 8 angeordnet sein. Diese Leitwände 8 sollen dem Luftstrom innerhalb der Strömungskanäle 6 eine   zusätzliche Umwälzbewegung   erteilen. 



   Die erfindungsgemässe Windkraftanlage kann gemäss den Fig. 4 und 5 auf einem mobilen Trägerfahrzeug 9 angeordnet sein, um die mobile Nutzung der Windkraftanlage 1 sicherzustellen. Das Laufrad 4 ist auf der Welle 2 befestigt, die in einem Gehäuse 11 drehbar gelagert und über ein Getriebe 10 und eine Kupplung 12 an einen Generator 13 angeschlossen ist, so dass die Windenergie in elektrische Energie umsetzt wird. Die Windkraftanlage 1 ist auf einem Ausleger 14 des Trägerfahrzeuges 9 montiert. Die Windnachführung der Windkraftanlage 1 erfolgt über einen Drehkranz 15 des Trägerfahrzeuges, beispielsweise mittels eines in den Drehkranz 15 eingreifenden Elektromotors. Nach den Fig. 2 und 3 ist die erfindungsgemässe Windkraftanlage 1 auf einem Gittermast 16 montiert.

   Das Laufrad 3 besitzt koaxial zur Welle 2 einen mittleren Verdrängungskörper 17, der gleichzeitig eine Nabe zur Aufnahme des Laufrades 4 ausbildet und die Luftströmung aus dem inneren Radbereich, in dem die Nutzwirkung aufgrund des geringen Abstandes zur Drehachse sehr klein wäre, den weiter aussen liegenden Strömungskanälen zuleitet, wodurch der Staudruck vor dem Laufrad 4 zusätzlich erhöht wird. 



   Im Geschwindigkeitsschema gemäss Fig. 1 sind die Eintrittsgeschwindigkeiten mit dem Index 1 und die Austrittsgeschwindigkeiten mit dem Index 2 versehen.   C1   ist beispielsweise die absolute Eintrittsgeschwindigkeit, U, die Umfangsgeschwindigkeit und   W1   die relative Eintrittsgeschwindigkeit. 



    PATENTANSPRÜCHE :    
1. Windkraftanlage zur Energiegewinnung mit einem axial durchströmten, auf einer Welle drehbar gelagerten, mit Laufschaufeln versehenen Laufrad und mit einer die Luftströmung durch das Laufrad beschleunigenden Leiteinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die
Leiteinrichtung (5) aus mehreren sich in Strömungsrichtung verjüngenden Strömungskanä- len (6) besteht, die auf dem Laufrad (4) kranzförmig um die Welle (2) verteilt angeordnet sind, dass die Laufschaufeln (3) jeweils einem Strömungskanal (6) nachgeordnet sind und dass das Laufrad (4) einen es umschliessenden Aussenmantel (7) aufweist.

Claims (1)

1. 2. Windkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Strömungskanä- le (6) im Anschluss an ihre Verjüngung wieder erweitern.

   3. Windkraftanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufschaufeln (3) verstellbar ausgebildet sind.

   4. Windkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in den Strömungskanälen (6) vor den Laufschaufein (3) Leitwände (8) angeordnet sind.

   5. Windkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch Ihre mobile Nutzung auf einem Trägerfahrzeug (9).