DE2620862A1 - Windkraftwerk in turmbauweise mit senkrechten rotoren zur windnutzung, die mit zusaetzlich angeordneten windnutzungsfluegeln oder windraedern mit waagrechten wellen, an gemeinsamen windkraftnutzungsstellen zusammenwirken - Google Patents

Description

• Windkraftwerk in Turmbauweise mit senkrechten Rotoren
• zur Windnutzung,die mit zusätzlich angeordneten Wind= nutzungsflügeln oder Windrädern mit waagrechten Wellen, an gemeinsamen Windkraftnutzungsstellen zusammenwirken.
• Die Erfindung betrifft ein Windkraftwerk in Turmbauweise mit senkrecht stehenden Rotoren zur Windkraftnutzung, aie mit zusätzlich angeordneten Windnutzungsflügeln oder Windrä= dern mit waagrechten Wellen,an gemeinsamen Windkraftnutungsstel= len zusammenwirken,wobei beide Einrichtungen durch seitliches Erweitern der Verbindungszellen der Etagen in einer drehbaren Turmfassade zusammengefasst sind,die weich frei um ein statisch~ es Turmgestell,das auch teilweise vom Wind durchströmt wird, in den Wind drehen kann.
• Obwohl durch die Erfindung: Windkraftwerk in Turmbauweise mit senkrecht stehenden Rotoren in den Aussenwänden von Bauabschnit= ten - schon eine gute Lösung der Aufgabe,die Kräfte des Wins des in großen Windkraftwerken,insbesondere in bewohnten Gebie= ten zu nutzen,gefunden wurde,läßt sich diese Grunderfindung des Turmbaues mit Windbeschleunigung an der Fassade und der Sogbeaufschlagung der senkrechten Rotore,noch erweitern durch eine Variation der Bauweise,die dann eine zusätzliche Bnord nung von konservativen WindkraftgewiAnungseinrichtungen am Turmbau und damit eine große Leistungssteigerung und maximale Bauwerksnutzung ermöglicht,die insbesondere in unbewohnten Gebieten angewendet werden kann wo konservative Windflügel oder Windräder mit hohen Umfangsgeschwindigkeiten,niemanden gefährten können, durch Unwucht oder abgeschleudertes Eis.
• Die Fachliteratur über Windkraftwerke,insbesondere das. Buch von: J. Wilhelm van Heys,Wind und Windkraftanlagenn,Dritte und neu bearbeitete Auflage,der Georg Siemens Verlagsbuchhand= lung,Berlin und Bielefeld,zeigt auf den Seiten 100 bis L04 die Entwürfe von Eleinhenz,sowie auf Seite 124 den Entwurf von Lucht - Reich,Uber die Zusammenfassung Ton mehreren einzelnen, gleichartigen Windflügeln oder Windturbinen auf entsprechend ausgelegten Gestelltürmen oder Gestellkonstruktionen,um die kräftigeren Luftströmunge der großen Höhe zu nutzen und grö= ßere Kraftwerkseinheiten zu schaffen.Diese Vorschläge haben den besonders großen Nachteil,daß diese Ztisammenfassungsrme oder Gestelle,sehr Kostenintensive und wartungsintensive Groß= bauten darstellen,die in keiner Weise mit an der Verbesserung der Nutzung des Windes beteiligt sind.
• Zweck der Erfindung ist es,mit Hilfe einer konstruktiven Änderung der besonderen Turmbauform des Zusammenfassungsbauwerks die grundsätzlich schon gegebene Leistung der senkrechten Rotore,die im Zusammenwirken mit der Bauwerksform entsteht, zu ergänzen und durch konsevative Windnutzungselemente mit völlig anderer Wirkungsweise zu vergrößern,wobei eine Verbund= arbeit aller Windkraftnutzungsaggregate erzielt wird.Gleich= zeitig wird der Zweck verfolgt,auf der Basis des Turmbaues aus dem Grundpatent,der eine besonders strömungsgünstige Bauweise hat, die auch auf eine einfache Montage in schlecht zugänglichen Gebieten zugeschnitten ist,wie Berggipfel oder flache Gewässer, zusätzliche Möglichkeiten zu schaffen' die es erlauben die Kräf= te der Luftmassen eines möglichst großen Luft - Anströmvolumens zu nutzen Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde durch eine neu= artige Bauform der Etagenverbindungszellen - für die Fassade teile - die die Senkrechten Rotore in sich aufnehmen und die als Maschinenräume für die Windkraftnutzungsmaschinen dienen, Anordnungspositionen zu schaffen für zusätzliche konservative Windflügel oder Windräder,um diese mit den senkrechten Rotoren im Verbund betreiben zu können.
• Die Lösung der erfindungsgemäßen rufgabe wird erreicht,durch ein seitliches Erweitern der Etagenverbindungszellen,die die Maschinenräume bilden, Jeweils von der zentralen Durchströmöff= nung des Windkraftwerkes aus gesehen nach Außen.Dabei bezieht sich-idie Erweiterung zweckmäßig nur auf einen schmalen Bereich an der Kraftwerksstirnseite und Kraftwerksrückseite.Es entste= hen dabei an den außenecken der Maschinenräume kammerartige Vorsprünge mit strömungsgünstigen Übergängen,die so weit her= ausgezogen werden müssen,ßaß die anliegenden Luftströmungen an der Turmbauaußenhaut nicht zerstört werden und daß sie zur iuf= nahme von Windflügel- oder Windradlagerungen dienen können, wobei bei Verwendung von zwei hintereinander liegenden Wind= flügeln oder Windrädern mit einer starren waagrechten Verbind dungswelle,diese die senkrechte Rotorwelle nicht behindern darf Die Drehzahlen der verschiedenen, senkrechten und waagrechten Windkraftgewinnungselemente werden in regelnden Einrichtungen aufeinander abgestimnt.Trennungen voneinander während des Be= triebes und insbesondere bei Stürme können aber jederzeit her beigeführt werden.
• Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist es,daß in den Etagen verbindungszellen von jeweils zwei Etagen der drehbaren Turm= fassade,ein geräumiger und für das orsonal gut begehbarer, gemeinsamer Maschinenraum entsteht,in dem alle Aggregate,die den Windrotoren,sowie den Windflügeln und Windrädern nachgeschaltet sind gut gewartet und zentral überwacht werden können.
• Von großem Vorteil ist auch die köglichteit,da in den Eckkabienen gut zugänglicher und ausreichender Raum vorhanden ist,einfach konstruierte und unempfindliche Windflügel-Blat tve rselle inrich t ungen anzuordnen,die von Hilfseinrichtungen so gesteuert werden, daß Je nach Windstärke optimale Nutzungsbedingungen der Wind = kräfte entstehen.Der vorhandene Platz läßt auch eine Auslegung der Blattbefestigengen mit großen Sicherheitsfaktoren zu,damit für die Umwelt,auch bei Stürmen,keine Gefahren entstehen.
• Ein weiterer erfindungsgemäßer Vorteil ist es,daß alle Windkraft erzeugenden Rotore und Windflügel oder Windräder,die zusammen= wirkentauf einer gemeinsamen Höhe über dem Boden angeordnet sind, da bei größeren Turmhöhen manchmal zwischen den einzelnen Etagen unterschiedliche strömungsgeschwindigkei ten herrschen.
• Durch die gleichartige Beaufschlagung genügen jeweils ein = fache,die Drehzahlen aufeinander abstimmende Einrichtungen, wie Regelgetriebe und Uberholfreiläufe,um mit den verschiedenen Wellen gemeinsam Aggregate treiben zu können.
• Die vorgenannten sowie weitere Vorteile und Merkmale der Er= findung werden nachstehend unter Bezugnhme auf die Figuren 1 und 2 der Zeichnung anhand eines besonders bevorzugten Aus= führungsbeispieles der Erfindung näher erläutert; es zeigen: Fig. 1 eine gesamte Darstellung eines erfindungsgemäßen Windkraftwerks mit Verb in dungszellen für die dar= über und darunter angeordneten Etagenteile mit den dazugehörigen senkrechten Rotoren,sowie den fli seitlich herausgezogenen Kabinen mit den Wind = flügelsternentgesehen aus der Richtung der Wind= strömungspfeile der Figur 2 ; und Fig. 2 einen Schnitt von oben gesehen,durch die Mitte der Verbindungszelle mit den seitlich herausge3 zogenen Eckkabinen>der das gemeinsame Zusammen= wirken aller findkraftbeaufschlagten Wellen an einem Anordungspunkt für ein Kraftnutzungsaggre5 gat demonstriert.
• Die als Profilfassade l,im Wind frei drehbar, um das Turm ge= stell 2 angeordneten Zellen der Profilfassade 1 bilden,wie aus Figur 2 besonders hervorgeht,zwei großräumige Strömungs= profile die allseitig vom Wind umströmt werden,auch durch den Turm hindurch werden Luftmasse geführt.Ihre Formgebung be = schleunigt und lenkt am äußeren Umfang de.s gesamten Turmbauwerks die Luft in der Weise,daß ander Position der Linie X - X in Figur 2 große Sogkräfte die senkrechten Rotoren 3 mit ihren entspre= chend gestaldeten Rotorblättern, in Rotation bringen0 Die Ro = tationskräfte dieser Rotoren 3 werden verstärkt,insbesondere bei mittleren und kräftigen Winden,durch die anordnung von Windrädern oder Windflügeln 4 ander Windanströmseite des Kraft werkturmes und durch gleiche oder ähnliche Aggregate 5 an der Windabströmse ite des Kraftwerkturmes, Die Figur 1 stellt aus Yereinfachungsgründen nur einen Kraft werksturm mit zwei Etagenverbindungszellen 7 und vier Stück Windflügel-Doppelsternen 4 und 5 dar,weil bereits diese Grup= pierung schon ein kompaktes und leistungsfähiges Windkraft = werk ergiebt,die erfindungsgemäße Kraftwerksbauweise ist aber besonders tostensparend,wenn der Kraftwerksturm auf maximale Höhen gebracht wird und acht oder zwölf der Windflügel-Doppel= sterne 4 und 5 mit den Etagenverbindungszellen 7 und den Fassa= denteilen 1 vereinigt sind. Die Vielzahl der gleichen Bauteile über die gesamte Turmhöhe ist die Basis für Fertigungsverbillig= ungern, Die Windräder oder Windflügel 4 und 5 sind montiert auf die Enden von Horizontalwellen 6,die wiederum angeordnet sind in in den Verbindungszellen 7 die die Fassadenzellen 1 Jeweils so zusammenfassen,daß immer zwischen den Fassaden-Etagen mit den Rotoren 3 ein Maschinenraum entsteht,in dem alle kraftab= gebenden Wellen zusammengefasst sindODie Horizontalwellen 6, in figur 2 ist es besonders verdeutlicht,sind dabei von der Turmb auwe rksmitt ellinie. 8 soweit als möglich neben die Achs= mitte der senkrechten Rotore 3 gelegt wie es die Windrad oder Windfügeldurchmesser erfordern,degnDurchmesser auch die Hö= hen der Fassadenetagen mitbestimmen0 Die seitlich herausverlegten Wellen 6 mit ihren Getriebeteilen 11 enden in Strömungsgünstig gestalteten Eckkabinen 9 aus de= nen die Windräder oder Windflügel 4 und 5 herausragen.
• Starke Naben lo dieser Aggregate,nehmen auch die Verstell-und Befestigungseinrichtungen auf.Die Steuerverbindungen die= ser Naben 10 reichen bis in die Getriebeteile ll,wo entsprech= ende Verstellbewegungen,in Abhängigkeit von der Windstärke eingeleitet werdenOIn vereinfachter Weise ist in Figur 2 auch das Verbindungsge triebe 12 zwischen der Horizontalwelle,die die Windflügel 4 und 5 über die s Getriebeteile 11 verbindet, dargestellt, das auch die jeweiligen Wellenstummel des von Oben und von Unten angeschlossenen Rotors in sich aufnimmt.Dieses Getriebe hat die Aufgabe alle Windkräfte die schon als Drehbe= wegungen zur Verfügung stehen zu sammeln und als nutzbare Ge= samtkraft umgeformt,weiterzuleiten.Eür das Verbindungsgetriebe 12 bleibt es ohne Bedeutung ob es eine Dynamomaschine antreibt oder ob ein Kompressor zur Erzeugung von Druckluft angeschlosw sen ist0 Selbstverständlich können auch Pumpen oder sonstige Geräte angeschlossen sein. Das Verb indungsge triebe 12 sitzt an einer gut zugänglichen Stelle des jeweiligen Maschinenraumes es enthält,seiner Aufgabe entsprechendaauch alle Astimmein = richtungen der unterschiedlich zueinander anfallenden Drehzahl= en,sowie beliebig lösbare Kupplungen und ffberholfreiläufei Die genaue Position der Horizontalwellen 6 in Bezug auf den Abstand zur Kraftwerksmittelachse 8 wird sehr wesentlich bestimmt durch die Besonderheiten der Nutzung der anströmen= den Luftvoluminas durch die senkrechten Rotore 3 wie auch durch die Windflügel oder Windräder 4 und5.Der seitliche Platz der Welle 6 muß so gewählt sein'daß die Windräder 4 und 5 die Leitwirkung der großen gekrümmten Flächen der Fassadenzellen 1 vor und hinter den Rotoren 3 nicht zerstören, Die Krümmungsradien der Etagenaußenflächen anden Fassadenzellen l,sosohl an der Kraftwerksanströmseite wie auch an der Kraft= werkabströmseite müssen Je nach Kraftwerksgröße verschieden und speziell ausgelegt sein'sodaß es auch vorkommen kann,daß die Welle 6 nichtgeradlienig von Windflügel 4 zu Windflügel 5 führt,die erfindungsgemäßen Merkmale sind aber auch in einem solchen Falle gegebenwenn die Wellen versetzt angeordnet sind0 abweichend von der Darstellung der Figur 2 sind aber auch be= reits alle Merkmale der erfindungsgemäßen Neuerung gegeben,wenn nur an der Windanströmseite ein Windrad oder Windflügel 4 mit dem Rotor 3 über das Getriebe 12 miteinander arbeiten.Ebenso sind bereits alle Besonderheiten der erfindungsgemäßen Neu = erung erfüllt,wenn nur der Windflügel 5 an der Windabström= seite,ohne den windflügel 4,mit dem Rotor 3 im Verbund über das Getriebe 12 zusammenarbeitet.
• Leerseite

Claims (4)

1. PATRNTNsPRÜCRE Windkraftwerk in Turmbauweise mit senkrechten Rotoren zur Windnutzung,die mit zusätzlich angeordneten Windnutzungsflügeln oder Windrädern mit waagrechten Wellen, an gemeinsamen Windkraftnutzungsstellen zusammenwirken, wobei beide Einrichtungen durch seitliches Erweitern der Verbindungszellen der Etagen in einer drehbaren Turmfassade zusammengefasst sind,die sich frei um ein statisches Turmgestell,das auch Teilweise vom Wind durchströmt wird, in den Wind drehen kann,dadurch gekennzeichnet,dal3die senkrechten Rotore (3) und die Windflügel oder Windräder (4) und (5) mit waagrechten Wellen (6) unabhängig voneinander und beliebig trenn- und verbindbar,über ein Zentralgetriebe (12) an die Windnutzungsaggregate,wie Dynamo@ oder Kompressoren angeschlossen sind,um bei Windgeschwindigkeiten,die für die Windräder oder Windflügel (4) und (5) zu hohe Blattgeschwindigkeiten bringen,den Kraftwerksbetrieb mit den Rotoren (3) aufrecht erhalten zu können.
2. 2. Windkraftwerk nach Anspruch l,dadurch gekennzeichnet,daß die waagrechten Wellen (6) der Windflügel oder Windräder (4) und (5) möglichst weit nach Außen,von der Turmbauwerksmitte aus gesehen,gelegt werde.n über den Achsmittelpunkt der senkrechten Rotore (3) hinaus, damit die Lufströmungen die. an der Fassade anliegen und die Rotore treiben,von def Turbulenzen an und um die Windfliigel oder Windräder (4) und (5) nicht zerstört werden.
3. 3. Windkraftwerk nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet,daß die horizontalen Anordnungswellen (6) deren freie Sonden die windflügel oder Windräder tragen (4(und(5) in der Achslinie zueinander versetzt angeordnet werden können,insbesondere den Windflügel oder das Windrad (5) an der Kraftwerkabströmseite,nach Außen.
4. 4. Windkraftwerk nach Anspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß auch nur das Windrad (5) oder ein entsprechender Windflügel,an der Kraftwerkabströmseite,im Verbund mit je einem Rotor (3) zusammen arbeiten können,während der Windflügel oder das Windrad (4) völlig entfällt.