DE10318162A1 - Wind energy converter with buoyancy or resistance runners has rotor with preferably at least 5 per cent of its surface forming buoyancy and/or resistance runners covered by film with recesses - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Windenergiekonverter mit Auftriebs- und/oder Widerstandsläufern, bei dem mindestens 25 % der umströmten Oberfläche eines Rotors Einbuchtungen aufweisen, mit denen Turbulenzen erzeugbar sind, die Energie in die die Auftriebs- und/oder Widerstandsläufer umgebende Grenzschicht eintragen. Des weiteren betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung von Einbuchtungen auf der Oberfläche von Auftriebs- und/oder Widerstandsläufern zur Erzeugung von Auftrieb, Sog und/oder zur Reduzierung von Wirbelschleppenbildung.The The present invention relates to a wind energy converter with buoyancy and / or resistance runners, where at least 25% of the surface area of a rotor has indentations, with which turbulence can be generated, the energy into which the buoyancy and / or resistance runners Enter the surrounding boundary layer. Furthermore, the present concerns Invention the use of indentations on the surface of Buoyancy and / or resistance runners to generate buoyancy, suction and / or to reduce the formation of vortices.
Erneuerbare Energien nehmen eine immer größere Bedeutung bei der heutigen Energieversorgung ein. Besonders wichtig sind dabei sogenannte Windenergiekonvertoren, die Windenergie in elektrische Energie umwandeln. Diese Windenergiekonvertoren haben jedoch heutzutage den Nachteil, dass sich hinter den sich drehenden Rotoren, die als Auftriebs- und/oder Widerstandsläufer ausgebildet sind, große Wirbelschleppen bilden, die sich negativ auf den Wirkungsgrad der Windenergiekonvertoren auswirkt, insbesondere weil der jeweils nachfolgende Flügel in eine stark verwirbelte Luft eintaucht.renewable Energies are becoming increasingly important in today's energy supply. Are particularly important so-called wind energy converters, the wind energy into electrical Convert energy. However, these wind energy converters have nowadays the disadvantage that behind the rotating rotors, which act as and / or resistance runners are trained, great Form vortices that adversely affect the efficiency of the Wind energy converters affects, especially because the following wing in one immersed in swirling air.
Es bestand deshalb die Aufgabe, einen Windenergiekonverter zur Verfügung zu stellen, der die Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist.It there was therefore the task of making a wind energy converter available ask who does not have the disadvantages of the prior art.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch einen Windenergiekonverter gemäß Anspruch 1. Bevorzugte Ausführungsformen des Windenergiekonverters sind durch die Merkmale der Unteransprüche abgedeckt.Is solved this task according to the invention a wind energy converter according to claim 1. Preferred embodiments of the wind energy converter are covered by the features of the subclaims.
Es war für den Fachmann überaus erstaunlich und nicht zu erwarten, dass es mit dem erfindungsgemäßen Energiekonverter gelingt, den Luftwiderstand der Auftriebs- und/oder Widerstandsläufer erheblich zu reduzieren, bessere Auftriebs- und Sogbedingungen zu erzeugen sowie die Wirbelschleppenbildung zu reduzieren, was einzeln aber auch insgesamt zu einer besseren Konvertierung der Windenergie in elektrische Energie führt.It was for the specialist extremely amazing and not to be expected that with the energy converter according to the invention succeeds in reducing the air resistance of the lift and / or drag rotor considerably to reduce, create better buoyancy and suction conditions as well as to reduce the formation of vortices, but individually also to better convert wind energy into leads electrical energy.
Erfindungsgemäß weisen mindestens 25 % der umströmten Oberfläche der Auftriebs- und/oder Widerstandsläufer Einbuchtungen auf, mit denen Turbulenzen erzeugbar sind, die Energie in die die Auftriebs- und/oder Widerstandsläufer umgebene Grenzschicht eintragen. Dadurch wird die Ausdehnung der Grenzschicht gezielt manipuliert, um den Wirkungsgrad von Windenergieanlagen zu erhöhen.According to the invention at least 25% of the flow surface the buoyancy and / or resistance rotor indentations, with where turbulence can be generated, the energy into which the buoyancy and / or resistance runners Enter the surrounding boundary layer. This will expand the Boundary layer specifically manipulated to improve the efficiency of wind turbines to increase.
Ein Auftriebs- und/oder Widerstandsläufer im Sinne der Erfindung ist jeder beliebige Läuferrotor, der an Windkraftanlagen montiert werden kann und mit dem die Windströmung in eine rotatorische Bewegung umgewandelt wird. Beispielhaft, jedoch nicht abschließend, seien hierbei für Widerstandsläufer der Savonius-Rotor, Darrius-Rotor, H-Darrius-Rotor sowie das Schalenkreuzanemometer genannt.On Buoyancy and / or drag runners In the sense of the invention, any rotor rotor is used in wind turbines can be mounted and with which the wind flow in a rotational movement is converted. Exemplary, but not exhaustive here for Resistance runner of the Savonius rotor, Darrius rotor, H-Darrius rotor and the cup anemometer called.
Die erfindungsgemäß vorhandenen Einbuchtungen können jede beliebige Form und Größe aufweisen. Vorzugsweise weisen die Einbuchtungen jedoch einen kreisförmigen, ovalen und/oder vieleckigen Querschnitt auf. Die Einbuchtungen können eine beliebige Tiefe haben, wobei die Ausformung der Tiefe durch Werkzeuge mit einem gleichmäßigen oder ungleichmäßigen Radius, dessen Mittelpunkt vorzugsweise außerhalb der Oberfläche liegt, erzeugt werden kann. Die Vertiefungen auf einer Oberfläche können gleich oder unterschiedlich geformt sein. Des weiteren können die Vertiefungen hintereinander oder mit Versatz angeordnet sein. Es ist auch denkbar, dass sich Vertiefungen unterschiedlicher Form und Tiefe auf einer Oberfläche befinden.The existing according to the invention Indentations can have any shape and size. However, the indentations preferably have a circular, oval and / or polygonal cross-section. The indentations can be any Have depth, the shaping of the depth using tools an even or uneven radius, whose center is preferably outside the surface, can be generated. The depressions on a surface can be the same or be shaped differently. Furthermore, the Wells can be arranged one behind the other or with an offset. It it is also conceivable that indentations of different shape and Depth on a surface are located.
Die Einbuchtungen können homogen oder nicht homogen auf der Oberfläche der Auftriebs- und/oder Widerstandsläufer verteilt sein.The Indentations can homogeneous or not homogeneous on the surface of the buoyancy and / or resistance runner be distributed.
In der Regel weist der Windenergiekonverter weitere Bauteile, wie beispielsweise einen Mast auf, der vorzugsweise ebenfalls mit Einbuchtungen versehen ist, um beispielsweise dessen Luftwiderstand zu reduzieren.In As a rule, the wind energy converter has other components, such as, for example a mast, which is preferably also provided with indentations is to reduce its air resistance, for example.
Die erfindungsgemäßen Einbuchtungen können in das Material des Auftriebs- und/oder Widerstandsläufers eingeprägt werden. Des weiteren können die Einbuchtungen beispielsweise auch durch einen Anstrich, oder durch sonstige chemische und/oder physikalische Verfahren, wie beispielsweise Laserablation oder Eloxierung oder dergleichen, in die Oberfläche des Auftriebs- und/oder Widerstandsläufers eingebracht werden. Vorzugsweise sind die Einbuchtungen Teil einer Folie oder Ummantelung, die dann auf die Auftriebs- und/oder Widerstandsläufer aufgebracht, vorzugsweise aufgeklebt, wird. Vorzugsweise ist diese Klebung reversibel, so dass die Ummantelung und/oder Folie nach einer gewissen Zeit ausgetauscht werden kann.The indentations according to the invention can in the material of the buoyancy and / or resistance runner imprinted become. Furthermore, you can the indentations, for example, also by painting, or by other chemical and / or physical processes, such as Laser ablation or anodizing or the like, in the surface of the Buoyancy and / or resistance rotor be introduced. The indentations are preferably part of a Foil or sheathing, which is then applied to the buoyancy and / or resistance rotor, preferably glued. This bond is preferably reversible, so that the sheathing and / or foil after a certain time can be exchanged.
Für den Fall, dass der Auftriebs- und/oder Widerstandsläufer ein Rotorblatt ist, werden die Einbuchtungen bezogen auf die Umströmungsrichtung, vorzugsweise in dessen hinterem Bereich, angeordnet. Weiterhin bevorzugt dehnen sich die Einbuchtungen von der hinteren Rotorblattkante angefangen gleichmäßig oder ungleichmäßig in Richtung der vorderen Rotorblattkante aus. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist lediglich die Rotorblattober- oder -unterseite mit Vertiefungen versehen und/oder die Einbuchtungen auf der Rotorblattober- bzw. -unterseite unterscheiden sich in ihrer Anzahl der Dimensionen und/oder Form.In the event that the buoyancy and / or resistance rotor is a rotor blade, the indentations are arranged in relation to the flow direction, preferably in the rear area thereof. Furthermore, the indentations preferably extend evenly or unevenly from the rear rotor blade edge in the direction of the front rotor blade edge. In a further preferred embodiment of the present invention, only the top or bottom of the rotor blade is provided with depressions and / or the indentations on the top or bottom of the rotor blade are different which differ in their number of dimensions and / or shape.
Beispielsweise ist es denkbar, dass die Einbuchtungen von der Rotorblattvorderkante zu der Blatthinterkante in ihrer Dimension zu- oder abnehmen.For example it is conceivable that the indentations from the rotor blade leading edge increase or decrease in dimension to the trailing edge of the sheet.
Wird
z.B. eine Halbkugel eines Schalenkreuzanemometer mit seiner runden
Seite in eine horizontale Strömung
gehalten, muß sich
der Teil der Strömung
beschleunigen, der den Umweg um die Halbkugel nehmen muß. Durch
die Geschwindigkeitserhöhung
wird sich an ihrer rechten und linken Seite ein Unterdruck bilden.
Da man in diesem Falle von Druck ist proportional zu Kraft ausgehen
kann, folgt, dass an beiden Seite dieselbe Kraft wirkt. Die resultierende
Kraft bei dieser Halbkugel in einer horizontalen Strömung ist
also gleich null. Setzt man nun aber eine Halbkugel in eine horizontale
Strömung
deren rechte äußere Oberfläche mit
Vertiefungen ausgebildet ist (
Hier
konnte im Versuchsaufbau bei einer Windstärke von lediglich 6 m/s bereits
eine wesentlich höhere
Drehzahl (ca. 15%) nachgewiesen werden. Des weiteren kann man auch
beide äußeren Seiten
der Halbkugel mit Vertiefungen ausbilden (
Der erfindungsgemäße Energiekonverter hat den Vorteil, dass aus einem Widerstandsläufer ein kombinierter Auftriebs- und Widerstandsläufer gemacht werden kann. Dies erhöht die Effizienz von Widerstandsläufern, die mit den Einbuchtungen versehen sind, da sowohl der Luftwiderstand als auch der Auftrieb zur Energiegewinnung genutzt wird. Des weiteren hat der erfindungsgemäße Energiekonverter den Vorteil, dass die Wirbelschleppenbildung erheblich reduziert und damit der Wirkungsgrad erhöht wird. Bei einem kombinierten Auftriebs- und Widerstandsläufer, dessen Rotor die erfindungsgemäße Oberflächenstruktur aufweist, ist eine laminare Luftströmung nicht zwingend erforderlich, was eine niedrige Bauhöhe des Windrades ermöglicht. Bei Windenergiekonvertoren mit Auftriebsläufern ist die erfindungsgemäße Technik ebenfalls anwendbar. Bestehende anlagen können durch Folienummantelungen, Lackierungen oder Glasuren, die die gewünschte Oberflächenstruktur aufweisen, nachträglich umgerüstet werden.The energy converter according to the invention has the advantage that a combined buoyancy and resistance runners can be made. This increases the efficiency of resistance runners, which are provided with the indentations, since both the air resistance as well as the buoyancy is used to generate energy. Furthermore has the energy converter according to the invention the advantage that the formation of vortices is considerably reduced and thus the efficiency is increased. With a combined lift and resistance rotor, whose Rotor the surface structure according to the invention a laminar air flow is not absolutely necessary, what a low height of the wind turbine. In the case of wind energy converters with lift rotors, the technique according to the invention is also applicable. Existing systems can be covered with foils, varnishes or glazes that have the desired surface texture have, subsequently converted become.
Im
folgenden wird die Erfindung anhand der
Claims (12)
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