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RES - Mega Wheel - In Concert


Film 1

Irgendwo in der Südschweiz produzieren die RES - Mega Wheels Strom in bisher nicht gekannter Menge - bis zu 50 MW pro Einheit. Das Tragwerk der neuen Windkraftanlagen besteht aus einem Speichenrad mit 15 radialen Rotorblättern auf der Luvseite und 15 vorgespannten Stahlseilen auf der Leeseite, die die Rotorblätter tragen und die Felge des Speichenrads mit der Nabe verbinden. Die Felge selbst ist als ein riesiger Ringfügel mit einem asymmetrischen Profil ausgebildet, dessen Nase zum Wind ausgerichtet ist und dessen Saugseite zur Außenseite der Umlaufbahn des Rads ausgerichtet ist. 30 Wendeflügel reiten auf dem Ringfügel und ändern am Scheitel des Rades ihre Ausrichtung von Außenseite zur Innenseite der Umlafbahn. Die Erweiterung der Strömungsröhre als eine Folge der Energieentnahme in der Rotationsebene führt dazu dass sowohl die Wendeflügel als auch der Ringflügel selbst mit einem Konuswinkel angeströmt werden. Für die luvseitige Hälfte der Wendeflügel bedeutet dies eine Anströmung weg von der Rotationsachse, während die leeseitige Anströmung mit einem Konuswinkel hin zu der Rotationsachse erfolgt. Zwei Drittel des Drehmoments werden von den radialen Rotorblättern erzeugt, während der Ringflügel und die Wendeflügel mindestens ein weiteres Drittel zum Drehmoment der Turbine beitragen. In Anbetracht der Tatsache, dass der strukturelle Durchmesser des RES-Mega-Rads kleiner als sein aerodynamischer Durchmesser ist, ist die Umwandlungskraft des Rades höher als nach dem Betz-Gesetz zu erwarten.


Film 2

Diese eleganten Speichenräder drehen sich langsam und stetig irgendwo im flachen Wasser der Nordsee. Die Felge des RES - Mega Wheel besteht aus einem kreisringförmigen Rotorblatt, das rund ein Drittel zum Drehmoment der Windkraftanlage beiträgt. An seiner Außenseite ist der Ringflügel mit einer Vielzahl von Wendeflügeln verbunden, die in diesem Film kaum sichtbar sind. Mit seinem asymmetrisch profilierten Profil bestimmt das kreisförmige Rotorblatt auch den Drehzahlbereich des Rotors indem es zu einem Strömungsabriss kommt, sobald eine definierte Drehzahl überschritten wird. Fünfzehn radiale Rotorblätter sind auf der Luvseite mit vorgespannten Stahlseilen verbunden, während fünfzehn weitere vorgespannte Seile den Ringflügel mit der Nabe verbinden. Meiner Meinung nach werden zukünftige Windkraftanlagen mit einer Leistung von 50 MW pro Einheit so aussehen. Ein weiterer Vorteil des Systems ist darin zu sehen, dass das kreisförmige Rotorblatt Schub entgegen der Windrichtung erzeugt und dadurch die tragende Struktur der Turbine entlastet.


Film 3

Die Atmosphäre wird mit dieser neuen Art Windkraftanlage - dem RES - Mega Wheel sprichwörtlich gereinigt. Rund sechzig Megaräder reichen aus, um die gleiche elektrische Leistung wie das hier gezeigte Braunkohlekraftwerk zu liefern ...

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Zeichnung 1 - Das Betz'sche Gesetz und RES - α

Das Extrahieren von Energie aus dem Wind in der Rotationsebene (A) führt zu einer Aufweitung der Strömungsröhre. Nach dem Betz'schen Gesetz kann die kinetische Energie des Windes bis zu einem theoretischen Maximum von 59,3% in Rotationsenergie konvertiert werden. In Übereinstimmung mit dem Bernoulli-Gesetz hat dies zwei Konsequenzen: Erstens wird die Windgeschwindigkeit (v2) auf die Hälfte der ursprünglichen Geschwindigkeit (v1) verlangsamt, und zweitens steigt der Druck innerhalb der Strömungssäule an, was zu einer Erweiterung der Strömungsröhre führt und eine Verdoppelung der leeseitigen Querschnittsfläche (A2) im Vergleich zu der luvseitigen Querschnittsfläche (A1) bewirkt . In der Rotationsebene (A) kann der konische Winkel (α) als Anstellwinkel für die Anströmung eines asymmetrisch profilierten Ringflügels verwendet werden, der am Außenumfang der Turbine eine Auftriebskraft erzeugt. Aus dieser Auftriebskraft können eine tangentiale Antriebskraft und Schub entgegen der Strömungsrichtung abgeleitet werden. In diesem Zusammenhang ist es interessant festzustellen, dass der fluiddynamische Durchmesser wesentlich größer ist als der konstruktive Durchmesser der Turbine.

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Zeichnung 2 - Die rotative Wirkung des Ringflügels

Die Zeichnungen zeigen einen kreisförmigen Ringflügel, der in 16 Segmente unterteilt ist. Auf der linken Seite ist ein Segment als abgewickelter Flügel dargestellt, dessen aerodynamische Kräfte aus der Windgeschwindigkeit, der Rotationsgeschwindigkeit und dem Konuswinkel (RES - α) abgeleitet sind, die sich zu der resultierenden Anströmung summieren. Die Auftriebskraft verläuft immer senkrecht zu der resultierenden Anströmung und ist nach Luv und in Drehrichtung geneigt. Aus der Auftriebskraft können eine tangentiale Antriebskraft und eine der Windrichtung entgegengesetzte Schubkraft abgeleitet werden. Wenn man verschiedene Abschnitte des Ringflügels auf der rechten Seite betrachtet, wird ziemlich deutlich, dass der Wind den Ringflügel in der blauen Ebene überströmen wird, da das blaue Profil weniger Widerstand hat als das rote Profil, das zur roten Ebene gehört. Die rote Ebene hat einen Schnittpunkt mit dem Fokus des Ringflügels, was bedeutet, dass keine Rotationskraft entsteht, da sich alle Auftriebskräfte beim Angriff in der Mitte gegenseitig aufheben. In der roten Ebene müsste der Wind das rote Profil überströmen, das nicht nur aufgrund seiner größeren Querschnittsfläche mehr Widerstand hat als das blaue Profil. Daher ist die Auftriebskraft in der blauen Ebene wirksam und greift mit einem Versatzmoment an der Rotationsachse der Windturbine an. Das graue Profil zeigt den tragenden Querschnitt des Ringflügels parallel zu der Rotationsachse der Turbine.

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Zeichnung 3 - Erhöhte Leistung aufgrund des dynamischen Rotordurchmessers