NL8603304A - Windturbine voorzien van instelbare turbinebladen. - Google Patents

Description

- 1 - * c

Windturbine voorzien van instelbare turbinebladen.

De uitvinding heeft betrekking op een windturbine voorzien van een draaibaar opgestelde, met een dynamo gekoppelde, ondersteuningsconstructie voor turbinebladen die ten opzichte van de ondersteuningsconstructie over ^ een beperkte hoek draaibaar zijn voor het instellen van de bladhoek, waarbij aan elk turbineblad een arm is bevestigd waarvan het zwaartepunt zodanig is gelegen, dat bij toenemend toerental van de ondersteuningsconstructie een kracht op het turbineblad wordt uitgeoefend waardoor 10 dit een andere invalshoek in kan gaan nemen, terwijl verende middelen aanwezig zijn om de turbinebladen in een bepaalde uitgangsstand te houden.

Dergelijke windturbines bezitten meestal twee turbinebladen en worden in het bijzonder toegepast wanneer 15 het van belang is, dat de bladhoek zich automatisch instelt naar gelang de windsnelheid, zodat het toerental van de ondersteuningsconstructie een zekere waarde niet zal overschrijden. Hierdoor wordt het gevaar van stukgaan van de turbinebladen en van de aangedreven dynamo zo 20 gering mogelijk gemaakt.

Getracht is daarbij een koppeling tussen de turbinebladen te vermijden, daar daardoor de constructie eenvoudig kan worden gehouden en elk blad zich onafhankelijk van het andere in kan stellen op de gewenste invals-25 hoek.

In de praktijk bleek dit echter tot moeilijkheden te leiden, daar sterke trillingen van het samenstel optraden. Dit is waarschijnlijk het gevolg van het feit, dat door de verschillende invalshoek die de bladen in 30 kunnen nemen ook de er op uitgeoefende belastingen sterk konden verschillen.

Het bleek noodzakelijk een koppeling tussen de bladen tot stand te brengen, waarna zich de genoemde moeilijkheden niet meer voordeden. Dit koppelingsmechanisme 35 werd dan ten opzichte van de rotatie-as van de ondersteuningsconstructie zodanig symmetrisch uitgevoerd, dat em3ö4 '1 - 2 - de turbinebladen steeds dezelfde invalshoek in konden nemen. Dit veroorzaakte echter een ingewikkelde constructie.

De uitvinding beoogt nu een dergelijke constructie te vereenvoudigen en voorziet er daartoe in, dat elk 5 turbineblad verzwenkbaar met de ondersteuningsconstructie is verbonden volgens een as die zich in hoofdzaak in lengterichting van het blad uitstrekt, terwijl de turbinebladen met elkaar zijn gekoppeld door een koppelingsorgaan dat scharnierend met twee turbinebladen is verbonden en 10 wel volgens scharnierassen die evenwijdig lopen aan de draaiïngsassen tussen de turbinebladen en de ondersteuningsconstructie en die zich bevinden ter weerszijden van het vlak gaande door de draaiïngsassen tussen de turbinebladen en de ondersteuningsconstructie.

15 Dit levert een bijzonder eenvoudige constructie op, in het bijzonder wanneer twee turbinebladen worden toegepast. Hoewel de constructie niet symmetrisch is ten opzichte van de draaiïngsas van de ondersteuningsconstructie werkt het geheel toch zodanig dat over een voldoend 20 groot gebied de invalshoeken van de turbinebladen nagenoeg gelijk aan elkaar zijn.

Om bij een van twee turbinebladen voorziene windturbine het gebied waarover de invalshoeken van de beide turbinebladen aan elkaar gelijk zijn zo groot 25 mogelijk te maken, zal er bij voorkeur in worden voorzien, dat de verhouding tussen de afstand tussen de scharnierassen van het koppelingsorgaan en de afstand tussen elk van deze scharnierassen en de draai'ingsas van het betreffende blad ligt tussen 0,8 en 1,2.

30 Verder zal er daarbij in het bijzonder in worden voorzien, dat in een neutrale stand van het scharnierend stelsel de lijn die de draaiïngsas van een turbineblad verbindt met de scharnieras tussen dit turbineblad en het koppelingsorgaan haaks staat op de lijn die de beide 35 scharnierassen van het koppelingsorgaan met elkaar verbindt.

Uitgaande van deze neutrale stand, die samen kan vallen met een bepaalde gewenste stand van de turbinebladen, kan worden bereikt dat de turbinebladen in beide draairichtingen over een zeker gebied een nagenoeg gelijke 40 invalshoek in zullen nemen.

Λ 8ft Λ sy yni* # ' οΐ/ύθ(Η

V

- 3 -

Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding zullen de verende middelen worden gevormd door bladveren die op enige onderlinge afstand op de onder-steuningsconstructie zijn aangebracht, zodanig dat bij het 5 groter worden van het toerental van de ondersteuningscon-structie en het daardoor veranderen van de invalshoek van de turbinebladen het dichtst bij de ondersteuningscon-structie liggende deel van het koppelingsorgaan in aanraking komt met de er het dichtst bij liggende bladveer die dan 10 naar de volgende bladveer wordt toegedrukt, zodat achtereenvolgens alle bladveren werkzaam worden.

Dit levert een eenvoudige verende ondersteuning op, waarbij ook de optredende veerkracht gemakkelijk kan worden ingesteld door het wijzigen van de afstand tussen 15 de bladveren. Doordat tussen de bladveren een zekere afstand aanwezig is, is het verloop van de veerkarakteris-tiek niet vloeiend maar geknikt. Dit levert echter in de praktijk geen enkel bezwaar op.

De uitvinding wordt nu toegelicht aan de hand 20 van een uitvoeringsvoorbeeld, weergegeven in de tekening, waarin:

Fig. 1 een aanzicht toont van de ondersteunings- constructie en de daarmee verbonden delen van twee turbinebladen; 25

Fig. 2 een doorsnede toont volgens de lijn II-II van fig. 1, terwijl enkele andere standen met streeplijnen zijn aangegeven;

Fig. 3 een schema toont van de ligging van de scharnierassen van de turbinebladen en het er mee verbonden 30 koppelingsorgaan?

Fig. 4 schematisch een aanzicht toont volgens de pijl IV in fig. 2; en

Fig. 5 de veerkarakteristiek toont van de in fig. 4 aangegeven constructie.

35 Zoals in het bijzonder blijkt uit de fig. 1 en 2 omvat de windturbine de ondersteuningsconstructie 1, die wordt gevormd door een ü-profiel 2, dat is gekoppeld met de as 3, die op niet nader weergegeven wijze draaibaar wordt ondersteund en die in het algemeen is gekoppeld met 40 een dynamo, op overigens bekende wijze.

8603304 * - 4 -

Met het U-profiel 2 zijn scharnieren 4 verbonden, die anderzijds zijn verbonden met de turbinebladen 5 dan wel 6. Op deze wijze is het turbineblad 5 verdraaibaar om de as 7 en het turbineblad 6 om de as 8, welke assen zich 5 nagenoeg in lengterichting van de turbinebladen uitstrekken.

Het turbineblad 5 is door middel van een hoekstuk 9 verbonden met de scharnieras 10 en het turbineblad 6 is door middel van een hoekstuk 11 verbonden met de scharnieras 12. De scharnierassen 10 en 12 zijn onderling met 10 elkaar verbonden door middel van een koppelingsplaat 13.

De turbinebladen 5 en 6 zijn elk voorzien van een arm 14, die onder een zodanige hoek ten opzichte van het bijbehorende turbineblad is aangebracht en die een zodanige massa bezit, dat bij het groter worden van het toerental 15 van de ondersteuningsconstructie 1 de invalshoek van het betreffende turbineblad kleiner wordt.

Het zal duidelijk zijn dat bij verdraaiing van het ene turbineblad 5 dan wel 6, onder invloed van de arm 14, het andere turbineblad ook een hoekverdraaiïng ondergaat, 20 ten gevolge van de aanwezigheid van de koppelingsplaat 13.

Fig. 3 toont de stand van de scharnierpunten 7, 8, 10 en 12 op een bepaald moment, waarbij de turbinebladen 5 en 6 zich in een bepaalde stand bevinden, zoals deze is aangegeven met 0°. Dit wil uiteraard niet zeggen, dat 25 daarbij de invalshoek van de turbinebladen 0° is.

In de in fig. 3 weergegeven neutrale stand zal de lijn 15 die de scharnierpunten 7 en 10 met elkaar verbindt haaks staan op de lijn 16 die de scharnierpunten 10 en 12 met elkaar verbindt, terwijl de lijn 17, die 30 de scharnierpunten 8 en 12 met elkaar verbindt eveneens haaks zal staan op de lijn 16. Daarbij zal de lengte b van de lijn 15 gelijk zijn aan de lengte van de lijn 17, terwijl de lengte a van de lijn 16 ongeveer gelijk zal zijn aan de lengte b.

35 In dat geval blijkt dat een hoekverdraaiïng van het ene turbineblad over 25° in de ene richting en over 15° in de andere richting leidt tot een overeenkomstige hoekverdraaiïng van het andere turbineblad. Bij grotere hoekverdraaiïngen buiten de aangegeven gebieden zullen de 40 hoekverdraaiïngen van de turbinebladen ontoelaatbare ver- 8 6 0 3 3 0 4' - 5 -

Afschillen gaan vertonen. Een totale hoekverdraaiïng van 50° is echter ruimschoots voldoende voor een bevredigende werking van de windturbine op zich.

Fig. 4 toont de verende middelen waarmee de kop-5 pelingsplaat 13 in aanraking kan komen, welke verende middelen eveneens gedeeltelijk zijn aangegeven in fig. 2.

De verende middelen worden gevormd door de bladveren 18, 19, 20 en 21, die onder tussenlegging van af-standsstukken 22 op het U-profiel 2 zijn bevestigd.

10 Door de bladveren 18-21 worden respectievelijk de reactiekrachten PI, P2, P3 en P4 opgewekt. Het verloop van de reactiekracht is weergegeven in fig. 5. Op de horizontaal is de verplaatsing van de koppelingsplaat 13 uitgezet en op de vertikaal de op deze plaat inwerkende 15 veerkracht. Door wijziging van de dikte van de afstands-stukken 22 kan het verloop van de veerkracht ten opzichte van de verplaatsing van de plaat 13 worden gewijzigd.

Dit kan ook worden bereikt door gebruik te maken van dikkere of dunnere bladveren, het wijzigen van de werk-20 zame lengte daarvan enz.

Het zal duidelijk zijn dat in de tekening slechts een mogelijke uitvoeringsvorm van de uitvinding is weergegeven, welke in het bovenstaande is beschreven en dat vele wijzigingen kunnen worden aangebracht zonder buiten 25 de uitvindingsgedachte te vallen.

Zo zou het in principe mogelijk zijn de uitvindingsgedachte toe te passen voor een windturbine met meer dan twee bladen. Bij snel draaiende windturbines worden in het algemeen slechts twee bladen toegepast. Het 30 gebruik van meer bladen heeft meestal geen nut, door de onderlinge beïnvloeding van de bladen. Bij toepassing van drie bladen zou het in principe mogelijk zijn één der bladen door middel van twee koppelingsorganen te verbinden met de beide andere bladen, waarbij dan uiteraard 35 op sommige plaatsen universele scharnieren moeten worden toegepast. Op overeenkomstige wijze kunnen ook meer dan drie bladen worden toegepast, maar de constructie wordt hierdoor wel ingewikkelder.

- conclusies - 8r T -r » v υ c y y ·';

Claims (6)

1. Windturbine voorzien van een draaibaar opgestelde, met een dynamo gekoppelde, ondersteuningsconstructie voor turbinebladen die ten opzichte van de ondersteuningsconstructie over een beperkte hoek verdraaibaar zijn voor het 5 instellen van de bladhoek, waarbij aan elk turbineblad een arm is bevestigd waarvan het zwaartepunt zodanig is gelegen, dat bij toenemend toerental van de ondersteuningsconstructie, een kracht op het turbineblad wordt uitgeoefend waardoor dit een andere invalshoek in kan gaan nemen, terwijl 10 verende middelen aanwezig zijn om de turbinebladen in een bepaalde uitgangsstand te houden, met het kenmerk, dat elk turbineblad (5,6) verzwenkbaar met de ondersteuningsconstructie (1) is verbonden volgens een as (7.8) die zich in hoofdzaak in lengterichting van het blad 15 (5,6) uitstrekt, terwijl de turbinebladen (5,6) met elkaar zijn gekoppeld door een koppelingsorgaan (13) dat scharnierend met twee turbinebladen (5,6) is verbonden en wel volgens scharnierassen (10,12) die evenwijdig lopen aan de draaiïngsassen (7,8) tussen de turbinebladen (5,6) 20 en de ondersteuningsconstructie (1) en die zich bevinden ter weerszijden van het vlak gaande door de draaiïngsassen (7.8) tussen de turbinebladen (5,6) en de ondersteuningsconstructie (1) .

2. Windturbine volgens conclusie 1, voorzien van 25 twee turbinebladen, met het kenmerk, dat de verhouding tussen de afstand (a) tussen de scharnierassen (10.12) van het koppelingsorgaan (13) en de afstand (b) • tussen elk van deze scharnierassen (10,12) en de draaiïngs- as (7,8) van het betreffende turbineblad (5,6) ligt 30 tussen 0,8 en 1,2.

3. Windturbine volgens conclusie 2, m e t het kenmerk, dat in een neutrale stand van het scharnierende stelsel de lijn (15,17) die de draaiïngsas (7,8) van een turbineblad (5,6) verbindt met de scharnieras o ς (10.12) tussen dit turbineblad (5,6) en het koppelingsorgaan (13) haaks staat op de lijn (16) die de beide scharnier- Sï >7 fï f', *- ! u o V- *·# hf - 7 - 2 assen (10,12) van het koppelingsorgaan (13) met elkaar verbindt.

4. Windturbine volgens éën der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de verende middelen 5 worden gevormd door bladveren (18,19,20,21) die op enige onderlinge afstand op de ondersteuningsconstructie (1) zijn aangebracht, zodanig dat bij het groter worden van het toerental van de ondersteuningsconstructie (1) en het daardoor veranderen van de invalshoek van de turbinebladen 10 (5,6) het dichtst bij de ondersteuningsconstructie (1) liggende deel van het koppelingsorgaan (13) in aanraking komt met de dichtst bij liggende bladveer (18), die dan naar de volgende bladveer (19) wordt toegedrukt, zodat achtereenvolgens alle bladveren (18,19,20,21) werkzaam 15 worden,

5. Windturbine volgens conclusie 4,met het kenmerk, dat de bladveren (18,19,20,21) op de ondersteuningsconstructie (1) zijn vastgezet onder gebruikmaking van afstandsstukken (22), waarvan de dikte gevarieerd 20 kan worden.

6. Windturbine als beschreven en/of weergegeven in de tekening. Λ }ψ: f\ » r * v 0 \j u *» K*