WO2012016264A2 - Windkraftanlage - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a wind turbine with a flow channel between two channel walls, at least one of which forms an outer wall of a building, with at least one mounted within the flow duct wind turbine whose rotor axis is vertical, and with a turbine rotor in the region of its counter to the direction of flow rotating Circumferential side shielding guide.
  • the invention is therefore the object of a wind turbine of the type described in such a way that the different flow conditions of the flow channel can be considered advantageous.
  • the invention solves the problem posed by the fact that the channel wall forms on the counter to the direction of flow rotating peripheral side of the turbine rotor, the guide in the inflow of the flow channel and surrounds the turbine rotor on the upstream side in a peripheral region and that the duct forming the channel wall on the downstream side of the wind turbine Baffle carries, which is mounted on its front side facing away from the wind turbine end pivotally adjustable about an axis parallel to the rotor axis.
  • the guide wall has a minimum length corresponding to the width of the flow channel in its area, then the flow channel can be closed. In the blocking position of the baffle thus assembly and maintenance can be carried out safely by otherwise possibly occurring high flow velocities in the turbine area and in the flow channel.
  • the guide wall can be articulated parallel to its pivot axis, so that an improved diffuser effect in the area of the guide wall can be achieved by mutual pivotal adjustment of the guide wall sections to support a laminar flow possible laminar.
  • Fig. 1 shows a wind turbine according to the invention in a schematic, for
  • Fig. 2 is a section along the line II-II of Fig. 1 on a larger scale. Way to carry out the invention
  • the wind turbine shown has a flow channel 1 between two channel walls 2, which are formed by the mutually facing outer walls of two structures 3.
  • the height of this flow channel 1 is limited by a bottom 4 and the distance between the two structures 3 bridging ceiling 5.
  • the flow channel 1 defined by the two channel walls 2 has a course in the manner of a Venturi nozzle, as can be seen from FIG.
  • a wind turbine 6 is provided, the turbine rotor 7 extends over the height of the flow channel 1.
  • a generator 9 is driven.
  • the turbine rotor 7 is designed divided according to FIG. 2 in order to achieve an additional load transfer via the two structures 3 via a central carrier 10.
  • the upstream of the turbine rotor 7 for this purpose guide 11 is formed by the associated channel wall 2, which forms the guide 11 in the inflow of the flow channel and the turbine rotor 7 on the upstream side in a peripheral region 12 surrounds, so that the rotating against the channel flow peripheral side of the turbine rotor is covered against the channel flow.
  • the guide wall 11 forming channel wall 2 On the downstream side of the wind turbine 7, the guide wall 11 forming channel wall 2 carries a baffle 13 which is mounted pivotally adjustable at its side facing away from the wind turbine 6 end face about an axis parallel to the rotor shaft 8 axis 14.
  • the guide wall 13 which is partially swiveled into the flow channel 1
  • the flow conditions on the outflow side of the turbine rotor 7 can be influenced in the sense of a substantial maintenance of a laminar channel flow.
  • the baffle 13 has a minimum length corresponding to the width of the flow channel 1 in its area, the flow channel 1 can also be blocked so that assembly and maintenance work in the flow channel 1 can be carried out without endangering the wind.
  • the blocking position of the guide wall 13 is indicated by dash-dotted lines.
  • the guide wall 13 could be additionally divided in an articulated manner parallel to its pivot axis 14 on the turbine side opposite the guide 11 in order to allow an even better adaptation to a laminar flow.

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Abstract

Es wird eine 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) beschrieben. Um vorteilhafte Strömungsverhältnisse zu sichern, wird vorgeschlagen, 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.

Description

Windkraftanlage
Technisches Gebiet
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 Um- fangsseite abschirmenden Leiteinrichtung.
Stand der Technik
Um Windenergie vorteilhaft nützen zu können, ist es bekannt, zwei Bauwerke so auszubilden, 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 Rotorwelle 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 Einströmbedingungen des Strömungskanals an, der je nach der tatsächlichen Windrichtung häufig in einer von der Längsrichtung des Strömungskanals abweichenden Richtung angeströmt werden wird.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Windkraftanlage der eingangs geschilderten Art so auszugestalten, dass die unterschiedlichen Anströmverhältnisse des Strömungskanals vorteilhaft berücksichtigt werden 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 Strömungskanals 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 Strömungskanals 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 Ein- flussmöglichkeit 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 Sperrstellung 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 gelenkig 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 Strömungskanal unter Berücksichtigung der unterschiedlichen Windrichtungen im Sinne einer vorteilhaften Anströmung der zum Teil abgedeckten, radial durchströmten Windturbine strömungsgünstig gestaltet werden können.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es zeigen
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Windkraftanlage in einer schematischen, zum
Teil aufgerissenen Draufsicht und
Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1 in einem größeren Maßstab. Weg zur Ausführung der Erfindung
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 Strömungskanal 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 Um- fangsseite mit der Strömung und auf der gegenüberliegenden Umfangsseite entgegen der Strömung 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 Einströmbereich des Strömungskanals bildet und den Turbinenrotor 7 auf der Anströmseite 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 Einströmbereich des Strömungskanals 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 Sperrstellung 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

P a t e n t a n s p r ü c h e
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 Umfangs- seite 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.
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