DE4030509C2 - Flügel für Windkraftanlagen - Google Patents

Flügel für Windkraftanlagen

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D1/00—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor 
    • F03D1/06—Rotors
    • F03D1/0608—Rotors characterised by their aerodynamic shape
    • F03D1/0633—Rotors characterised by their aerodynamic shape of the blades
    • F03D1/0641—Rotors characterised by their aerodynamic shape of the blades of the section profile of the blades, i.e. aerofoil profile
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/20—Rotors
    • F05B2240/30—Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor
    • F05B2240/301—Cross-section characteristics
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Description

Die Erfindung betrifft einen Flügel für Windkraftanlagen, um­ fassend einen Haupt- und mindestens einen Vorflügel.
Es sind Flügel für Windkraftanlagen der eingangs genannten Art bekannt (GB 21 85 788), wobei Haupt- und Vorflügel-Tei­ le so miteinander verbunden sind, daß sich in Abhängigkeit von der Drehzahl des Flügels der Abstand zwischen beiden Flü­ geln verändert. Bei sehr hohen Drehzahlen liegt der Vorflügel am Hauptflügel an. Um eine solche Anlage zu ermöglichen, sind die einander gegenüberliegenden Flächen von Haupt- und Vor­ flügel parallel zueinander ausgebildet. Durch diese parallele Ausbildung ist zwischen beiden Flügelteilen auch bei vom Hauptflügel beabstandeten Vorflügel keine Verengung gegeben, die für eine beschleunigte Abfuhr der Luft auf der hinteren Flügelfläche sorgt und somit störende Verwirbelungen verhin­ dert. Die Ausbildung von Haupt- und Vorflügel nach dieser Druckschrift dient lediglich einer Vergrößerung der Fläche und der Entstehung einer Unterdruckregion am Luftspalt, wobei der Querschnitt des Hauptflügels im wesentlichen bikonvex bzw. plankonvex ausgebildet ist.
Weiterhin ist ein Flügel für Windmotore bekannt (DE-OS 29 08 761), der an sich bekannte Elemente enthält, die der Auftriebserhöhung dienen und als "Start- und Landehilfen" bezeichnet sind. Um durch Erhöhung der Wegstreckenunterschie­ de die Druckdifferenz zwischen Sog- und Druckfläche zu ver­ größern, ist nach dieser Lösung zusätzlich zu dem Hauptflügel ein Nachflügel angeordnet. Um eine den jeweiligen Umständen angepaßte Flächenvergrößerung erreichen zu können, ist dieser hintere Hilfs- bzw. Nachflügel schwenkbar ausgebildet.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine möglichst opti­ male Ausnutzung von Luftbewegungen zu erzielen.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die einander gegenü­ berliegenden Flächen von Haupt- und Vorflügel gegeneinander gewölbt ausgebildet sind und zwischen sich einen bikonkaven Spalt zur beschleunigten Abführung der Luft auf die Sogseite des Hauptflügels durch Düsenwirkung bestimmen. Neben der be­ schleunigten Abführung der Luft auf die Sogseite des Haupt­ flügels wird durch einen so ausgebildeten Flügel auch eine störende Verwirbelung der Luft vermindert, so daß eine sehr geringe Bremswirkung erreicht ist. Somit ist die Leistungs­ ausbeute bezogen auf den Quadratmeter überstrichene Flügel­ fläche mehrfach höher als bei herkömmlichen Windkraftanlagen. Weiterhin wird durch diesen Flügel erreicht, daß die Oberflä­ chengeschwindigkeit auf der Rückseite des Hauptflügels stark erhöht wird. Daraus resultiert ein frühes Ansprechen des Flü­ gels schon auf niedrige Windgeschwindigkeiten, was ebenfalls zu einer Leistungserhöhung gegenüber bekannten Flügeln für Windkraftanlagen führt.
Vorteilhafterweise kann der Hauptflügelquerschnitt im wesent­ lichen durch zwei in gleicher Krümmungsrichtung verlaufende Parabel-Bogenstücke bestimmt sein. Durch diese Ausbildung ei­ nes Hauptflügels ist eine besonders gute Luftabführung er­ reicht.
Vorteilhafterweise kann der Vorflügel über Abstandhalter starr mit dem Hauptflügel verbunden sein. Damit ist im Be­ triebszustand ständig eine Düsenwirkung erreicht, so daß eine beschleunigte Abführung der Luft auf die Sogseite des Haupt­ flügels gegeben ist.
Der Hauptflügel kann zusätzlich einen im festen Abstand starr angeordneten Nachflügel in fluchtender Verlängerung der Er­ streckung des Hauptflügelquerschnittes aufweisen. Dabei ist das Profil des hinteren Nachflügels neutral, d. h. er weist gleiche Druck- bzw. Sogflächen auf. Durch die starre Anord­ nung dieses Nach- bzw. Hilfsflügels über Abstandhalter ist eine ungünstige Wirbelbildung an der Abrißkante des Haupt­ flügels verhindert und die Wirbel werden weit hinter die Ab­ rißkante des Hauptflügels verlagert. Damit ist eine weitere Verminderung der Bremswirkung erreicht und die Leistungsaus­ beute erhöht.
Mit der Erfindung können Windgeschwindigkeiten zwischen 3 m/s und Sturmböen über eine entsprechende Windkraftanlage ausge­ nutzt werden. Die gemessenen Werte, bezogen auf Quadratmeter überstrichene Flügelfläche, liegen bei 1200 Watt bei günsti­ gen Verhältnissen. Also dem mehrfachen herkömmlicher Wind­ kraftanlagen.
Die erzielten Werte lassen auf eine bessere kommerzielle Aus­ nutzung von Windanlagen schließen.
Das Flügelprofil besteht aus drei einzelnen Flügeln, einem Haupt- und zwei Hilfsflügeln.
Der Hauptflügel hat eine parabelförmige Druckfläche sowie eine Sogfläche, die in einem Verhältnis L/1,03 stehen. Vor der Nase des Hauptflügels ist ein Hilfsflügel mit der Breite L/3,54 zur Druckfläche mit einem Luftspalt L/58 angebracht, welcher für eine beschleunigte Abführung der Luft auf der Sogseite des Flügelprofils sorgt. Wichtig sind die gegenein­ anderstehenden gewölbten Flächen des Hauptflügels zu dem Hilfsflügel, wodurch eine Düsenwirkung entsteht.
Der hintere Hilfsflügel hat eine Breite L/4,14 mit dem Ab­ stand L/11,6 zum Hauptflügel. Das Profil des hinteren Hilfs­ flügels ist neutral, d. h. gleiche Druck- bzw. Sogfläche. Die­ ser hintere Hilfsflügel unterbindet eine ungünstige Wirbel­ bildung an der Abrißkante des Hauptflügels und verlagert diese Wirbel hinter den Flügel.
Die Größe L wird entsprechend der zu verwendenden Flügelan­ zahl sowie der gewünschten Leistung der Windkraftanlage defi­ niert.
Die genaue Form des Hauptflügels und der Hilfsflügel ist in der Zeichnung dargestellt und kann hieraus entnommen werden.
In der Zeichnung sind dargestellt:
A = vorderer Hilfsflügel
B = Hauptflügel
C = hinterer Hilfsflügel.

Claims (4)

1. Flügel für Windkraftanlagen, umfassend einen Haupt- und mindestens einen Vorflügel, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die einander gegenüber­ liegenden Flächen (4) von Haupt- und Vorflügel (1, 2) ge­ geneinander gewölbt ausgebildet sind und zwischen sich einen bikonkaven Spalt (5) zur beschleunigten Abführung der Luft auf die Sogseite des Hauptflügels (1) durch Dü­ senwirkung bestimmen.
2. Flügel nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Hauptflügelquerschnitt im we­ sentlichen durch zwei in gleicher Krümmungsrichtung ver­ laufende Parabel-Bogenstücke bestimmt ist.
3. Flügel nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorflügel (2) starr mit dem Hauptflügel (1) verbunden ist.
4. Flügel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptflügel (1) zusätzlich einen im festen Abstand starr angeordneten Nachflügel (3) in fluchtender Verlängerung der Er­ streckung des Hauptflügelquerschnittes aufweist.
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DE2908761A1 (de) * 1979-03-06 1980-09-18 Hans Mueller Fluegel fuer windmotore die nach aerodynamischen grundsaetzen konstruiert und bekannte elemente, die zur erhoehung des auftriebs des fluegels dienen (start- und landehilfen) eingebaut haben
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