DE3030425A1

DE3030425A1 - Construction of wind plants in coastal regions - suspending Magnus rotor by ball joint from four-limbed support structure

Info

Publication number: DE3030425A1
Application number: DE19803030425
Authority: DE
Inventors: Horst 2800 Bremen Hanschmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-08-12
Filing date: 1980-08-12
Publication date: 1982-12-02

Abstract

The wind generator, consists of a Magnus rotor, supported on a non-rotating axis which, in turn, is held by four steel pillars. The centre axis of the rotor has a ball-shaped upper end, which may be fixed with or without bearings in a cup-shaped recess at the top of the supporting structure. The latter is strong enough to withstand large pressures and storm forces without oscillating or deflecting. The rotor itself is made from steel sheet or polyester with glass fibre reinforcement. The extension of the central axis at ground level is let into a notch which has reinforced side walls, in order to transfer the rotation of the axis due to precession, to the generator. Thus, the base of the central axis can slide into the centre or the periphery of the disc, depending on the prevailing wind pressure. By using a Magnus rotor, and building the wind generator on the coast on high ground, a cheaper installation with a higher efficiency than a conventional wind propeller, can be produced.

Description

" Verfahren zur Herstellung von Windanlagen in Küstennähe " Die Ilamburger Elektrizitätswerke vollen Ende des Jahres mit dem Bau der Windanlage G r o v i a n 1 beginnen , eines 150 m. hohen turmes mit Windpropellern von loo m Querschnitt Er soll bei Windgeschwindigkeiten von 5 - 10 m/sek. eine Leistung von 3 Megawatt erbringen , bei einem Kostenaufwand von 50 Millio -nen DM In Küstennähe ist stets der erforderliche Wind bis 10 m/sek. vorha@ Allerdings wären für eine Leistung eines Kraftwerkes von loo -1300 Megawatt z.B. dem Kraftwerk in Stade 200 dieser Windanlagen mit einem Kostenaufwand von lo Milliarden DM erforderlich Vielleicht ware es zu erwägen , ob nicht der gleiche Effekt mit geringeren Mitteln erreicht werden könnte Den gleichen 'iJindquerschnltt von von etwa 300 m2 würde ein iagnusrotor von 5. m. Durchmes@er und 20 m Höhe ebenfalls nutzen , wenn man diesen auf einer Anhöhe oder einer Dühne baut , auch wenn die Win geschwindigkeit etwas geringer ist, wie in 150 m .Höhe Auch der Wirkungsgrad eines Windpropellers kann an Hand der Profilierungskurven kaum@mit 50 % genannt werden , und der eines Magn@s rotors mit 80 % , in der Nähe der Wirkung von Segeln , wobei dieser zusatzlich etwa den 3 - 4 fachen Querschnitt wie des eigenen nu zen kann . "Process for the production of wind turbines near the coast" The Ilamburger Electricity works at the end of the year with the construction of the wind farm G r o v i a Start n 1, a 150 m high tower with wind propellers with a cross section of loo m It should be used at wind speeds of 5 - 10 m / sec. an output of 3 megawatts at a cost of DM 50 million. Close to the coast is always the required wind up to 10 m / sec. vorha @ However, one would be for a performance Power plant of loo -1300 megawatts e.g. the power plant in Stade 200 of these wind turbines at a cost of lo billion DM required Perhaps it would be too consider whether the same effect could not be achieved with less resources An iagnus rotor of 5. m. diameter and 20 m height also use this if you are on a hill or a Dühne builds, even if the win speed is a little slower, like at a height of 150 m. The efficiency of a wind propeller can also be determined using the profiling curves can hardly be named @ with 50%, and that of a Magn @ s rotor with 80%, close by the effect of sails, this being about 3 - 4 times the cross-section how your own can be of use.

Viel eicht wäre die Abnutzung eines Magnusrotors etwas größer , wi b@i einem Windpropeller , dieser muß sich aber jeweils nach dem sein drchen ,dä@s bei 100 m Querschnitt in 150 m . Höhe , was der Magn@s rotor nicht braucht , da er bei jeder Windrichtung gleich gut arbe tet Sicher ware es auch möglich Magnusrotore von 30 @40 m . Höhe zu bauen und auch mit einem grö@eren Querschnitt , so dass ein höher Windquerschnitt , wie beim loo m Propeller verwertet wird.Perhaps the wear of a Magnus rotor would be somewhat greater, wi b @ i a wind propeller, but this must always be drchen, dä @ s at 100 m cross-section in 150 m. Height, which the Magn @ s rotor does not need, there It works equally well in every wind direction. It would certainly also be possible to use Magnus rotors from 30 @ 40 m. Build height and also with a larger cross-section, so that a higher wind cross-section, as used in the loo m propeller.

Abgesehen davon , wäre eine Magnusrotoranlage etwa @m dem 10 fache billiger wie der 150 m i'urm Vielleicht könnte der Baupreis noch mehr gesenkt werden , so dass eine Magnssrotoranlage sich etwa in lo Jahren voll armortisiert und dann Gewinn abwirft; Vorgeschla@en wird ein@@ @agnusroter @@ einer @@ch nicht mit -drehenden Achse anzuordnen , den @lek@omotor @@@ @otation @nd der 3 fachen Wandgeschwindigkeit z m jeweiliegn @@nd @@ @@@er / Sekunden über einen Win@messer selbsttäti zu steue@n und oben an der Spitze anzuordnen Um den Rotor können 4@asten z.B. Hochspannungsmasten oder @isenkonstruktionen ,wie auch Be@on bzw. @isenbeton-@feiler gleicher Höhe an einem Fundament angeordnet werden und mit Querverbindungen in der Höhe versehen werden , an welchen die nicht mitrotieren@@ Achse des Magnusrotors in einem Kugelgelenk mit oder ohne Kugel-oder Rollenlager eingehenkt wird , so dass der Magnusroter frei in alle @ich ungen pendeln kann .Apart from that, a Magnus rotor system would be about 10 times as large cheaper than the 150 m i'urm. Perhaps the construction price could be reduced even more , so that a magnetic rotor system will be fully amortized in about lo years and then Generates profit; A @@ @agnusroter @@ a @@ ch is suggested not to be arranged with the rotating axis, the @ lek @ omotor @@@ @otation @nd the 3 times Wall speed z m resp. @@ nd @@ @@@ er / seconds via a Win @ knife to steer automatically and to be arranged at the top at the top. There are 4 branches around the rotor e.g. high-voltage pylons or iron constructions, as well as Be @ on or @ isenbeton- @ feiler be arranged at the same height on a foundation and with cross connections in the The height at which the axis of the Magnus rotor does not rotate is hinged in a ball joint with or without ball or roller bearings, so that the Magnusroter can commute freely in all @ichings.

Das obere Kugelgelenk , die Verstrebungen und die beiden bzw. 4 @asten einer Eisenkronstruktion so ien so stabil sein , dass der Magnusrotor auch hohen Windgeschwindigkeiten stand hält , und bei Sturm der Rotations-Elektromotor au@omatisch abgestellt wird, durch die Steuerung über den Windmesser .The upper ball joint, the struts and the two or 4 branches an iron crown so ia be so stable that the Magnus rotor is also tall Withstands wind speeds, and in the event of a storm the rotary electric motor automatically is turned off by controlling the anemometer.

Die Höhe des Ro-tors kann lo, 2om oder auch mehr betragen , ganz nach den Grüßen der 4 tragenden Eisenkonstrutionen , und der Durchmesser 7 ,5, oder auch mehr Leiter Am unteren Ends des Rotors ist die nicht mitrotierende hsche etwas verlängert und mündet in den Spalt einer Kraft -Übertragungsscheibe Bei Wind wird der bekannte Magnuseffekt erzeugt , der den Rotor nach einer Seite verschiebt , da aber der Rotor oben fest im Lager hängt , stellt er sich etwas schräg Infolge der Rotation des Rotors entsteht ein Kreiseleffekt bzw.The height of the rotor can be lo, 2om or even more, depending on the greetings of the 4 supporting iron constrictions, and the diameter 7, 5, or also more ladder At the lower end of the rotor, the non-rotating pretty one is somewhat elongated and opens into the gap of a power transmission disk Generates Magnus effect, which moves the rotor to one side, but there the rotor hangs firmly in the bearing at the top, it is slightly oblique as a result of the rotation of the Rotor creates a gyroscopic effect or

eine Präzesion , so dass die untere Achse einen kreisbogen be -schreibt Die Kraft und die Größe dieses Kreisbogens hangt allein von den Daten des Magnusrotors und der jeweiligen Windgeschwindigkeit ab so dass die ganze Windkraft auf die Präzessionsbewegung übertragen wird.a precision so that the lower axis describes an arc of a circle The force and the size of this circular arc depend solely on the data of the Magnus rotor and the respective wind speed from so that all the wind power on the precession movement is transmitted.

Je nach diesen Größen kann die Achse lm Spalt der Kup@elungsscheibe hin T und herwandern und einen kleinen oder einen gröberen Kreis beschreiben. , ebenfalls mehr oder weniger Kraft auf den unter der Scheibe ang@ordneten Stromgenerator übertragen .Depending on these sizes, the axis can be in the gap of the coupling washer wander back and forth and describe a small or a larger circle. , also more or less force on the power generator located under the pane transfer .

Eine kleine Ausbildung eines Magnusrotors von 5 m. Durchmes@e@ und 20 m Höhe würde etwa3oo n Windfläche nutzen , und nicht wie ein profilierter Propel. er mit 35 ,J sondern etwe mit 80 ,J Wir -kungsgrad.A small formation of a Magnus rotor of 5 m. Diameter @ e @ and A height of 20 m would use about 300 n wind space, and not like a profiled propel. he with 35, J but a bit with 80, J efficiency.

So könnte der Magnusrotor je nach der Windstärke 3 - 6 Megawatt erzeugen und auch bei einer @isenkonstruktion von 20 . - 30 m höhe su viel Strom produzieren können , dass nach einigen Jahren schon ein Gewinn erzielt werden könnte Der Magnusrotor selbst könnte aus Stahlblech oder Polyester mit Glasfasern hergestellt und iiber Kugellager an der nicht mitrotierenden Achse vielfach befestig werden und mit einem innen befindlichen Elektromotor betrieben werden . Der Windmesser kauen auf der oberen Eisenkonstruktion uber elektrisshe Impulse den hntriebstrom des oberen Elektromotors stets zu einer 3 fachen Wandgeschwindigkeit zur jeweiligen Windgeschwindigkeit steuern Bei Sturm müßte der E.Motor abgestellt und die untere nicht mit rotierende Achse bloc'-iert werden An der See kön te der Magnusrotor auf höheren Dühnen oder leine Hügeln instal@iert werden , aber ebenfalls auf den Dächsern von höheren Häusern , um neben dem Haushaltsstrom auch die Beheizung zu sichern , allerding nur in windreichen Gebieten , vor allen Dingen an der See und auf den inseln .The Magnus rotor could generate 3 - 6 megawatts, depending on the wind force and also with an iron construction of 20. - 30 m above sea level to produce a lot of electricity that a profit could be made after a few years The Magnus rotor itself could be made of sheet steel or polyester with fiberglass and overlaid Ball bearings are often attached to the non-rotating axis and with a internal electric motor are operated. The anemometer chew on the upper iron structure via electrical impulses the drive current of the upper electric motor always steer to 3 times the wall speed of the respective wind speed In the event of a storm, the E. engine would have to be switched off and the lower axle not rotating Blocked On the sea, the Magnus rotor could be on higher dunes or on a line Hills can be installed, but also on the roofs of higher houses to ensure heating in addition to household electricity, but only in windy areas Areas, especially at the sea and on the islands.

In der Anliegenden Skizze ist die tragende Eisenkonstruktion mit 4 Stützpfeiiern nur angedeutet , ebenfalls die obere tragende Verbindung zwischen Masten .In the attached sketch the load-bearing iron construction is marked with 4 Support pillars only hinted at, also the upper load-bearing connection between Masts.

Das Kugelgelenk mit oder ohne Rollenlagern ist am Ende der nicht-.The ball joint with or without roller bearings is at the end of the non-.

rotierenden achse angebracht bzw . diese dort eingeengt .. Die obere Stahlkonstruktion muß so stabil sein , und größeren Druck -unterschieden und auch Stürmen widerstehen , ohne Verbiegungen Ode zu großen Schwingungen.rotating axis attached or. this narrowed there .. The upper one Steel structure must be so stable, and larger pressure differences and also Withstand storms without bending ode to great vibrations.

Die Rotorwandung ist aus Stahlblech oder Polyester mit Glasfasern hergestellt , ebenfalls die Rotor-Randscheiben Am Boden ist die Verlängerung der nicht mitrotierenden Achse in eine Kerbe mit verstärkten Seitenwandungen - ähnlich einem Gleitkolben - eingelassen um die Rotaion der Achse infolge der Präzession auf den Generator zu übertragen In der erbe kann der Gleitkolben der nicht rotierenden achse ins Zentrum der Scheibe oder in die Perepherie gleiten , je nachdem welcher Winddruck herrscht und den Präzessionskreis verändert .The rotor wall is made of sheet steel or polyester with glass fibers manufactured, also the rotor edge disks. On the bottom is the extension of the non-rotating axis in a notch with reinforced side walls - similar a sliding piston - embedded around the rotation of the axis as a result of the precession to transfer to the generator In the inheritance the sliding piston can be the non-rotating axis slide into the center of the disc or into the perepheria, depending on which There is wind pressure and changes the precession circle.

Der Gleitkoben und die Seitenverstärkte Kerbe - welche verschiedene Formen -Kurven oder Geraden haben kann - wird durch eine selo£ tätige Schmierölversorgung geölt . Auch können die Seitenverstärzungen der kerbe mit einem Rollenlager ausgestattet werden um aie @eibung zu verringern , Ebenfalls können andere in der Technik \ bekannte Vorrichtung zur Senkung des Reibungswiderstandes und des Verscheißes in der Kraftübertragung des Gleitkolbens an der verlängerten Rotorenachse , und der Seitenrollen in der Seitenverstärkung der Kerbe an der maßigen Scheibe zur Kraft übertragung an den Generator verX;endet werden Die Übertragungsscheibe ist etwa.s gewölbt , damit der sollen in der Kerbe frei schwingen kann , und sehr maßig ausgebildet wn als Schwungrad und Regulator einer gleichmäßigen Kraftübertragung an den Generator zu dienen Alle Lagerungen : wie z.B. das obere Kugelgelenk mit Rollen oder Kugellagern , alle Kugel- und Rollenlager an der nicht mit rotierenden Achse und die Lagerung der Kraftübertragung aus der Prnzessionsbewegung , können durch eine zentrale Ulversorgung automatisch geschmiert werden , z.B. durch die Anbringung von Thermoelementen an jedes Lager um bei der geringsten Änderung die Ölversorgung einzuschalten .The sliding piston and the side reinforced notch - which are different Shapes - curves or straight lines - is made possible by a self-acting lubricating oil supply oiled. The side reinforcements of the notch can also be equipped with a roller bearing in order to reduce friction, others in the technology \ acquaintance Device to reduce frictional resistance and wear in power transmission the sliding piston on the extended rotor axis, and the side rollers in the Side reinforcement of the notch on the dimensional disc for power transmission to the Generator verX; ends to be The transmission disk is curved about.s so that the should be able to swing freely in the notch, and be very well designed as a flywheel and regulator to serve a uniform power transmission to the generator all Bearings: such as the upper ball joint with rollers or ball bearings, all ball and roller bearings on the non-rotating axle and the storage of the power transmission from the precession movement, can be done automatically by a central ul supply be lubricated, e.g. by attaching thermocouples to each bearing to switch on the oil supply at the slightest change.

Am Ende der Skizze ist links in etwa die Anordnung der Eisenkonstruktonen mit den oberen tragenden Verbindungen und der Magnusrotor eingezeichnet , rechts wieder die Präzessionsbewegung des Rotors auf einer Kreisbahn Bei gröberen Anlagen kann die untere Kraftübertragung auch in einer anderen in der technik bekannten Form ausgeführt werden , da dann looo de Ps. bzw, Kilowatt übertragen werden mü3en . z.B. auch Getriebezahnräder mit einem Regulabor nach dem Prinzip der alten Dampfmaschienen um den Umfang der Präzssionsbewegung bei jedem Kraftansatz oder Windänderung stabil zu halten.At the end of the sketch on the left is roughly the arrangement of the iron structures with the upper load-bearing connections and the Magnus rotor drawn in, right again the precession movement of the rotor on a circular path with coarser systems the lower power transmission can also be used in a different manner known in the art Form, because then looo de ps. Or kilowatts have to be transferred . E.g. also gear wheels with a regulating laboratory based on the principle of the old steam engines Stable around the scope of the precision movement with every application of force or change in wind to keep.

Aber auch bei kleineren Anlagen ist die Präzessionsbewegung ja langsam , so dass vor den Generator eine Übersetzung zwischen -geschaltet werden kann , um die jeweils erforderlichen Turenzahl beim jeweiligen Generator einzuhalten Im Übrigen können Bauteile verwendet werden , die in der Industrie bekannt und hergestellt werden , z.B. die Ölversorgung , die Getriebe z.B. von Lastkraftwagen , die Lagerungen aus der Luftfahrtindustrie.But even with smaller systems, the precession movement is slow so that a translation can be inserted in front of the generator, in order to comply with the required number of doors for the respective generator Im Otherwise, components can be used that are known and manufactured in the industry e.g. the oil supply, the gearboxes e.g. of trucks, the bearings from the aviation industry.

und die Rptoren aus vorhandenen Stahiröhren mit großem Durchmesser wie die Eisenkonstruktionen von Tragmasten der Uberlandleitungen Nur die jeweilige Kraftübertragung der Präzessionbewegung auf den Generator könnte für kleinere und für größere Anlagen genormt werden Auch müßte erwähnt werden , dass die anlage regen - und schneedicht gebaut werden muß , um Korresionen zu verhindern und der Betrieb wie im Hochsommer als auch im Winter bei i1iefsttemperaturen möglich istand the Rptoren made from existing large diameter steel tubes like the iron constructions of the support masts of the overhead lines. Only the respective one Power transmission of the precession motion to the generator could be for smaller and larger standardized for larger systems It should also be mentioned that the system will rain - and must be built snow-tight to prevent corrosion and the operation as is possible in midsummer as well as in winter at very low temperatures

Claims

is a process for the manufacture of wind turbines near the sea P a t e n t a n s p r ü c h e.

0 Process for the production of plants close to the sea, thereby characterized that a Magnus rotor on 4 iragm masts made of iron structures such as the masts of the @berlabdleitung or in Stah @ eton with an upper steel strut on a ball joint or as a ball end in a hemispherical shell of the non-rotating one The rotor axis rises in the same direction and can swing freely on the upper part of the rotor the electric motor, which leads to a 3-fold orbit speed of the rotor wall to the respective wind speed by an electronic control from one Anemometer is controlled, arranged and connected to the cylinder wall from the inside is, and the lower end of the non-rotating shaft designed as a sliding piston in a solid, spherically curved surface @ in @ a notch, with side walls provided with roller bearings, can slide back and forth, according to the respective Precession circle of the rotor, and the disc rotates over a Gear drives the power generator, or to maintain an always the same size Precession circle is provided with a regulator in the style of steam engines , or designed as a flywheel so heavy and massive that a constant ltotation also keeps the precession circle on the same track, with all being lean , the upper ball bearing or ball joint, all roller bearings on the axis of the rotor and the sliding piston in the roller bearing of the notch in the flywheel by an automatic Oil supply to fia-nd from @ herm @ elements arranged on the bearings, lubricated 2. The method according to claim 1, characterized in that the Magnus rotors can also be arranged the other way around in the system and the precession circle is on top and also there the power generator, 3. The method according to claim 1 and 2, characterized that the rotary electric motor and the lower power transmission pulley are switched off in the event of a storm or the flywheel is tightened with brake pads 4. Procedure according to claim 1, 2,3, characterized in that; the system is storm-proof