AT510209A1

AT510209A1 - Windkraftanlage

Info

Publication number: AT510209A1
Application number: AT0130910A
Authority: AT
Original assignee: Penz Alois
Priority date: 2010-08-04
Filing date: 2010-08-04
Publication date: 2012-02-15
Also published as: WO2012016264A2; AT510209B1; WO2012016264A3

Description

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(37 446) II

Die Erfindung bezieht sich auf eine Windkraftanlage mit einem Strömungskanal zwischen zwei Kanalwänden, von denen zumindest eine eine Außenwand eines Bauwerks bildet, mit wenigstens einer innerhalb des Strömungskanals gelagerten Windturbine, deren Rotorachse vertikal verläuft, und mit einer den Turbinenrotor im Bereich seiner entgegen der Anströmrichtung drehenden Umfangsseite abschirmenden Leiteinrichtung.

Um Windenergie vorteilhaft nützen zu können, ist es bekannt, zwei Bauwerke so auszubiiden, dass zwischen ihren einander zugekehrten Außenwänden ein Strömungskanal entsteht, in dem wenigstens eine Windturbinen gelagert werden kann. Beim Einsatz von Windturbinen mit einem Turbinenrotor mit vertikaler Rotorachse ergibt sich für den Turbinenrotor eine Umfangsseite, die sich in Anströmrichtung dreht, und eine gegenüberliegende Umfangsseite mit einer Drehrichtung entgegen der Anströmrichtung. Um bei solchen quer zur Rotorweile angeströmten Windturbinen verbesserte Anströmbedingungen zu schaffen, ist es bekannt, der Windturbine eine Leiteinrichtung vorzulagern, die den Strömungsanteil aus dem Bereich der entgegen der Anströmung bewegten Umfangsseite des Turbinenrotors zur gegenüberliegenden, sich in Anströmrichtung drehenden Umfangsseite umlenkt.

Da ein Strömungskanal zwischen zwei Bauwerken lediglich gegenüber einer vorgegebenen Hauptwindrichtung ausgerichtet sein kann, kommt es hinsichtlich der Windbeaufschlagung der radial durchströmten Windturbine vor allem auf die Ein-strömbedingungen des Strömungskanals an, der je nach der tatsächlichen Windrichtung häufig in einer von der Längsrichtung des Strömungskanals abweichenden Richtung angeströmt werden wird. Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde,

-2 - eine Windkraftanlage der eingangs geschilderten Art so auszugestalten, dass die unterschiedlichen Anströmverhältnisse des Strömungskanals vorteilhaft berücksichtigtwerden können.

Die Erfindung löst die gestellt Aufgabe dadurch, dass die Kanalwand auf der entgegen der Anströmrichtung drehenden Umfangsseite des Turbinenrotors die Leiteinrichtung im Einströmbereich des Strömungskanais bildet und den Turbinenrotor auf der Anströmseite in einem Umfangsbereich umschließt und dass die die Leiteinrichtung bildende Kanalwand auf der Abströmseite der Windturbine eine Leitwand trägt, die an ihrer von der Windturbine abgekehrten Stirnseite um eine zur Rotorachse parallele Achse schwenkverstellbar gelagert ist.

Mit der Ausbildung der Leiteinrichtung durch die Kanalwand im Einströmbereich des Strömungskanais werden vorteilhafte Voraussetzungen für eine von der jeweiligen Anströmrichtung des Strömungskanals weitgehend unabhängige Windbeaufschlagung der Windturbine geschaffen, weil in diesem Fall die in den Strömungskanal eintretende Windströmung unmittelbar der im Anströmsinn drehenden Umfangsseite des Turbinenrotors zugeführt wird. Die der Leiteinrichtung bezüglich der Windturbine gegenüberliegende Leitwand erlaubt durch ein entsprechendes Einschwenken in den Strömungskanal eine Veränderung des freien Strömungsquerschnitts und eröffnet damit eine zusätzliche Einflussmöglichkeit auf die Durchströmung des Turbinenrotors, sodass eine vorteilhafte Anpassung an unterschiedliche Windverhältnisse mit vergleichsweise einfachen Konstruktionsmitteln erreicht wird.

Weist die Leitwand eine Mindestlänge entsprechend der Weite des Strömungskanals in ihrem Bereich auf, so kann der Strömungskanal geschlossen werden. In der Sperrsteilung der Leitwand können somit Montage- und Wartungsarbeiten ungefährdet durch gegebenenfalls sonst auftretende hohe Strömungsgeschwindigkeiten im Turbinenbereich und im Strömungskanal durchgeführt werden.

Zur Verbesserung der Strömungsbedingungen im Bereich der Leitwand auf der Abströmseite der Windturbine kann die Leitwand parallel zu ihrer Schwenkachse ge- -3- lenkig unterteilt werden, sodass sich durch eine gegenseitige Schwenkverstellung der Leitwandabschnitte zur Unterstützung einer möglichst laminaren Kanalströmung eine verbesserte Diffusorwirkung im Bereich der Leitwand erreichen lässt.

Besonders vorteilhafte Strömungsverhältnisse ergeben sich, wenn die Kanalwände einen Verlauf nach Art einer Venturi-Düse aufweisen, weil in diesem Fall insbesondere die Einströmverhältnisse in den Strömungskanai unter Berücksichtigung der unterschiedlichen Windrichtungen im Sinne einer vorteilhaften Anströmung der zum Teil abgedeckten, radial durchströmten Windturbine strömungsgünstig gestaltet werden können.

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestelit. Es zeigen

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Windkraftanfage in einer schematischen, zum Teil aufgerissenen Draufsicht und

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie ll-il der Fig. 1 in einem größeren Maßstab.

Die dargestellte Windkraftanlage weist einen Strömungskanal 1 zwischen zwei Kanalwänden 2 auf, die durch die einander zugekehrten Außenwände zweier Bauwerke 3 gebildet werden. Der Höhe nach ist dieser Strömungskanal 1 durch einen Boden 4 und eine den Abstand zwischen den beiden Bauwerken 3 überbrückende Decke 5 begrenzt. Der durch die beiden Kanalwände 2 bestimmte Strömungskanai 1 weist einen Verlauf nach Art einer Venturi-Düse auf, wie dies der Fig. 1 entnommen werden kann. Im engsten Strömungsquerschnitt des Strömungskanals 1 ist eine Windturbine 6 vorgesehen, deren Turbinenrotor 7 sich über die Höhe des Strömungskanals 1 erstreckt. Über die Rotorwelle 8 wird ein Generator 9 angetrieben. Der Turbinenrotor 7 ist gemäß der Fig. 2 geteilt ausgeführt, um über einen mittleren Träger 10 eine zusätzliche Lastabtragung über die beiden Bauwerke 3 zu erreichen.

Mit den in der Fig. 1 eingezeichneten Strömungspfeilen ergibt sich, dass der Turbinenrotor 7, der quer zur Rotorwelle 8 durchströmt wird, auf einer Umfangsseite mit der Strömung und auf der gegenüberliegenden Umfangsseite entgegen der Strö- • * • e » · * * * * • · * » · · • · « t * * • · · * · » • V « · · · -4- mung dreht. Um das damit verbundene Gegendrehmoment möglichst klein zu halten, wird für eine Abschirmung der gegen die Strömung drehenden Umfangsseite gesorgt. Die zu diesem Zweck dem Turbinenrotor 7 vorgelagerte Leiteinrichtung 11 wird durch die zugehörige Kanalwand 2 geformt, die die Leiteinrichtung 11 im Ein-strömbereich des Strömungskanals bildet und den Turbinenrotor 7 auf der Anström-seite in einem Umfangsbereich 12 umschließt, sodass die gegen die Kanalströmung drehende Umfangsseite des Turbinenrotors 7 gegenüber der Kanalströmung abgedeckt wird. Da die durch die Kanalwand 2 gebildete Leiteinrichtung 11 den Ein-strömbereich des Strömungskanais 1 auf der einen Kanalseite bestimmt, ergeben sich einfache Konstruktionsverhältnisse, die eine gute Anströmung der Windturbine 6 erlaubt, und zwar weitgehend unabhängig von einer Abweichung der Windrichtung von der durch die Ausrichtung des Strömungskanals 1 vorgegebenen Hauptwindrichtung.

Auf der Abströmseite der Windturbine 7 trägt die die Leiteinrichtung 11 bildende Kanalwand 2 eine Leitwand 13, die an ihrer von der Windturbine 6 abgekehrten Stirnseite um eine zur Rotorwelle 8 parallele Achse 14 schwenkverstellbar gelagert ist. Durch die zum Teil in den Strömungskanal 1 eingeschwenkte Leitwand 13 können die Strömungsverhältnisse auf der Abströmseite des Turbinenrotors 7 im Sinne einer weitgehenden Aufrechterhaltung einer laminaren Kanalströmung beeinflusst werden. Weist die Leitwand 13 eine Mindestlänge entsprechend der Weite des Strömungskanals 1 in ihrem Bereich auf, so kann darüber hinaus der Strömungskanal 1 gesperrt werden, sodass Montage- und Wartungsarbeiten im Strömungskanal 1 ohne Windgefährdung vorgenommen werden können. In der Fig. 1 ist die Sperrsteilung der Leitwand 13 strichpunktiert angedeutet.

Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. So könnte die Leitwand 13 auf der der Leiteinrichtung 11 gegenüberliegenden Turbinenseite zusätzlich parallel zu ihrer Schwenkachse 14 gelenkig unterteilt sein, um eine noch bessere Anpassung an eine laminare Strömung zu ermöglichen.

Claims

• · • * Patentanwälte Dipl.-Ing. Helmut Hübscher Dipl.-Ing. Karl Winfried Hellmich Spittelwiese 7, A 4020 Linz (37 446) II Patentansprüche: 1. Windkraftanlage mit einem Strömungskanal (1) zwischen zwei Kanalwänden (2), von denen zumindest eine eine Außenwand eines Bauwerks (3) bildet, mit wenigstens einer innerhalb des Strömungskanals (1) gelagerten Windturbine (6), deren Rotorachse vertikal verläuft, und mit einer den Turbinenrotor (7) im Bereich seiner entgegen der Anströmrichtung drehenden Umfangsseite abschirmenden Leiteinrichtung (11), dadurch gekennzeichnet, dass die Kanalwand (2) auf der entgegen der Anströmrichtung drehenden Umfangsseite des Turbinenrotors (7) die Leiteinrichtung (11) im Einströmbereich des Strömungskanals (1) bildet und den Turbinenrotor (7) auf der Anströmseite in einem Umfangsbereich (12) umschließt und dass die die Leiteinrichtung (11) bildende Kanalwand (2) auf der Abströmseite der Windturbine (6) eine Leitwand (13) trägt, die an ihrer von der Windturbine (6) abgekehrten Stirnseite um eine zur Rotorachse parallele Achse (14) schwenkverstellbar gelagert ist.
2. Windkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitwand (13) eine Mindestlänge entsprechend der Weite des Strömungskanals (1) in ihrem Bereich aufweist.
3. Windkraftanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitwand (13) parallel zu ihrer Schwenkachse (14) gelenkig unterteilt ist.
4. Windkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanalwände (2) einen Verlauf nach Art einer Venturi-Düse aufweisen. Linz, am 03. August 2010 Alois Penz durch: