01/387-1 – Darrieus H-Rotor windturbine met intrekbare tuien

De vraag naar kleine hoeveelheden elektrische energie voor afgelegen gebouwen heeft sinds de jaren 2010 geleid tot de ontwikkeling van “micro-windturbines”. Deze turbines, met een vermogen van P≤50 kW, zijn vaak van het type Darrieus H-Rotor, gekenmerkt door een verticale rotatie-as.

Een mast met gespannen tuidraden, volledig gemaakt van staal, maakt een volledig demonteerbare structuur mogelijk zonder de noodzaak van beton en met een uiterst kleine ecologische voetafdruk. Inclusief de fundering is dit ontwerp aanzienlijk lichter dan een zelfdragende buismast, waarvoor tien keer minder grijze energie nodig is. Daardoor kan deze ook op het dak van een gebouw worden geïnstalleerd.

Dynamische belastingen op de structuur kunnen worden verminderd door gebruik te maken van wrijvingsdempers in de kabels en door de mast met zand te vullen. Deze aanpak zorgt zowel voor droge wrijvingsdemping (Coulomb-demping) als voor een betere elastische stabiliteit van de dunne wanden van de mast.

Het systeem kan nauwkeurig worden geïnstalleerd en indien nodig verder worden aangepast.

Onderdelen van de assemblage:
• De mast, met hoogte h onder de rotor, bestaat uit:
– Een bovenste gedeelte in de vorm van een afgeknotte kegel met hoogte h₁≈h/3​.
– Een lager cilindrisch gedeelte met hoogte h₂≈2h/3 gevuld met zand.

• De mast wordt onderworpen aan:
– Horizontale windkrachten F_h ​ aan de top van h₁.
– Het gewicht van de rotor F_v .
– Een klein torsiemoment tijdens het remmen.
– Door de wind geïnduceerd koppel M_v ​, dat afneemt tot ongeveer M_v/10 bij de overgang van h₁​ naar h₂​, en vervolgens tot nul aan de basis van h₂.
• Een afgeknotte, conische fundering van plaatstaal aan de basis of een verticale ondersteuning op een gebouwconstructie.

• Drie (of vier) horizontale, samengedrukte drukstaven in een ster- (of kruis-) configuratie bij de overgang van h₁ naar h₂​. Deze drukstaven hebben een lengte gelijk aan de rotatiestraal van de rotor (gemeten vanaf de as van de assemblage).

• Drie sets (c₁​, c₂, c₃​) van drie (of vier) trekstangen (staven of kabels), mogelijk uitgerust met wrijvingsdempers:
– c1: Verbindt de top van h₁​ onder een hoek met elk uiteinde van de drukstaven, waardoor de kracht F_h ​ wordt overgebracht en extra compressie op h₁​ wordt toegepast.
– c2: Verbindt elk uiteinde van de schoren verticaal met grondankers of met steunpilaren/muren van een gebouw, waardoor de krachten in de drukstaven en c₁​ stangen worden uitgebalanceerd.
– c3: Verbindt de mast op hoogte h₂​ met de ankers, waardoor F_h ​ wordt overgebracht en een tweede extra compressiekracht op h₂ wordt toegepast.

• Drie (of vier) ankergewichten, die kunnen zijn:
– Netten in de vorm van een deel van een cardioïde, getrokken door een kegel en gevuld met ballast.
– Ankers in een rotsbodem.
– Ankers die verbonden zijn met de structuur van een gebouw.