CZ415298A3

CZ415298A3 - Zařízení pro využívání energie větru

Info

Publication number: CZ415298A3
Application number: CZ19984152A
Authority: CZ
Inventors: František Böhm
Original assignee: Obec Domanín
Priority date: 1998-12-16
Filing date: 1998-12-16
Publication date: 2000-07-12
Also published as: AU1258400A; WO2000036299A1; CZ290785B6

Description

Zařízení pro využívání energie větru

Oblast techniky

Vynález se týká zařízení pro využívání energie větru, např. větrné elektrárny, sestávající z věže opatřené vrtulí a strojovnou.

Dosavadní stav techniky

Dosud známá zařízení pro využívání energie větru, např. větrné elektrárny, sestáyájí z pevně věže, vrtule a strojovny s převodovým mechanismem a generátorem, která je otočně osazena na jejím vrcholu.

Věž s rotorem klade proudícímu vzduchu odpor a proto je namáhána klopným momentem, který je eliminován rozměrným a hmotným základem, se kterým je těleso věže pevně spojeno většinou pomocí šroubů. Nevýhodou tohoto uspořádání jsou značné materiálové nároky dílů věže a základu. Vysoká poloha hmoty strojovny na vrcholu tuhé věže má za následek sklon k rozkmitání celé konstrukce. Důsledkem uložení převodovky a generátorů v gondole na vrcholu věže je daleký dosah hlučnosti, neboť čím výše je zdroj hluku, tím je dále slyšitelný. Montáž tohoto provedení větrných elektráren je náročná na technická zařízení (vysokozdvižné jeřáby, případně v nedostupných oblastech helikoptéry), kvalifikaci a fyzickou zdatnost montážních pracovníků. Rovněž úkony obsluhy a údržby jsou značně náročné a namáhavé.

Uvedené nedostatky cenu zařízení a tím i cenu produkované energie v porovnání s klasickými zdroji elektrické energie zdražují a dobu návratnosti vynaložených finančních prostředků prodlužují.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatky odstraňuje zařízení pro využívám energie větru, sestávající z alespoň jedné věže, vrtule a strojovny, podle vynálezu. Jeho podstata spočívá vtom, že alespoň jedna věž je vytvořena ve tvaru dvouramenné páky, výkyvné upevněné

-2ě ···· ·* i· • · · '·· * · » · k otočné objímce nosného sloupu spojeného se základnou. Na delším ramenu dvouramenné páky je umístěna vrtule, na kratším ramenu dvouramenné páky je umístěna strojovna, a mezi věží a otočnou objímkou je uspořádána alespoň jedna tlumící a zdvihová jednotka v pneumatickém nebo hydraulickém provedení. Tlumící a zdvihová jednotka je vzepřena mezi úchyt otočné objímky nosného sloupu a závěs věže, a slouží současně k přesunu věže z výchozí horizontální do vztyčené pracovní polohy a zpět. Otočná objímka zajišťuje otáčení věže do směru větru.

Výhoda zařízení podle vynálezu spočívá v tom, že nadměrné nárazy větru na vztyčenou věž a vrtuli jsou zneškodněny částečným sklopením věže ve směru větru a návratem věže do výchozí polohy při poklesu intenzity větru. V závislosti na úhlu sklonu věže mém se současně i průtočná plocha vrtule. Kruhový průřez plochy vrtule, kolmý na směr proudění, se mění na elipsovitý až přímkový v nulové horizontální poloze věže. Tím dochází k žádoucí regulaci optimálního výkonu vrtule v relaci s příkonem generátoru. Další výhodou uvedeného provedení je možnost sklopení věže do polohy nízko nad zemí, takže montáž věže a vrtule je snadná a nevyžaduje žádné speciální mechanismy. Z tohoto důvodu je snadná i údržba zařízení. Montáž strojovny se provádí rovněž v nízké poloze u země. Samočinná stabilizace krajních poloh věže v horizontální a pracovní poloze je důsledkem výhodného použití pomocného závaží, jehož hmotnost a umístění je v poměru k délkám ramen věže volena tak, že v horizontální poloze věže převažuje klopný moment delšího ramene věže s vrtulí, a v pracovní poloze převažuje klopný moment kratšího ramene věže se strojovnou.

Ve výhodném provedení může být tlumící a zdvihová jednotka opatřena posuvným zařízením pro přesun tlumící a zdvihové jednotky z výchozí horizontální polohy do vztyčené pracovní polohy, za účelem zkrácení chodu pístu tlumící jednotky.

Tlumící a zdvihová jednotka může být ve výhodném provedení tvořena tlakovým ústrojím sestávajícím z válce, pístu a zdroje tlakového média, např. vzduchu (kompresor).

U zařízení, která nejsou zdrojem tlakového média vybavena, může být tlumící a zdvihová jednotka doplněna posuvným zařízením, které je tvořeno pohybovým šroubem s maticí, která je upevněna v posuvné patce spojené s tlumící a zdvihovou jednotkou.

-3·' · · · · ··· ·· ··· ····

Největší výhodou zařízení podle vynálezu je možnost stavby a provozu dvouvěžových provedení tohoto typu větrných elektráren na jednom základovém komplexu. V tomto výhodném provedení sestává zařízení podle vynálezu ze dvou věží navzájem spojených a upevněných společně na otočné objímce nosného sloupu, a spojených se společnou tlumící a zdvihovou jednotkou.

V dalším výhodném provedení je strojovna prostřednictvím otočného závěsu zavěšena na kratším rameni věže, a pomocí stabilizační tyče je spojena s otočnou objímkou nosného- sloupu. Toto provedení umožňuje stabilizaci horizontální plochy podlahy strojovny nezávisle na sklonu věže.

'

V posledním výhodném provedení vynálezu je věž tvořena alespoň jednou trubkou, naplněnou tlakovým médiem, např. plynem či kapalinou, pro přenos tlakové energie od vrtule do strojovny.

Výhoda zařízení podle vynálezu spočívá také v tom, že v důsledku snížení klopného momentu věže na minimální hodnoty je namáhání základových bloků nepatrné, a hmotnost základu je proto rovněž minimální, odpovídající pouze místním geologickým podmínkám a celkové hmotnosti zařízení. Tato výhoda umožňuje využití zařízení např. i na odstavených vrtných ropných plošinách, které nejsou jinak využitelné. Získaná elektrická energie může být využívána např. k levnému odsolování mořské vody, nebo k výrobě vodíku a kyslíku rozkladem získané destilované vody.

Přehled obrázků na výkresech

Zařízení podle vynálezu bude blíže objasněno pomocí výkresů, na nichž znázorňují obr. 1 jednověžovou větrnou elektrárnu zakrytované příhradové konstrukce ve vzpřímené pracovní poloze, obr. 2 zobrazuje tutéž větrnou elektrárnu ve sklopené poloze, obě zobrazení v bočním pohledu. Obr. 3 znázorňuje schéma tlumící a zdvihové jednotky tvořené tlakovým ústrojím se škrtícími ventily pro obousměrný chod pístu s diferenciálním nastavením hodnot škrcení, obr. 4 znázorňuje posuvné zařízení tvořené pohybovým šroubem ve vertikálním řezu, obr. 5 znázorňuje totéž posuvné zařízení v půdorysu, obr. 6 znázorňuje

-4·· • · ···· dvouvěžovou větrnou elektrárnu se stabilizací horizontální polohy strojovny v bočním pohledu, obr. 7 tutéž elektrárnu v pohledu ve směru větru. Obr. 8 znázorňuje větrnou elektrárnu s věží z trubek naplněných tlakovým médiem v bočním pohledu. Obr. 9 znázorňuje jednověžovou větrnou elektrárnu s uložením věže na bocích otočné objímky nosného sloupu.

Příklad provedení

Na obr. 1 a obr. 2 je znázorněno zařízení podle vynálezu s jednou věží4 ocelové příhradové konstrukce, která je pomocí čepu 9 uložena ve vidlici 10 otočné objímky 11 nosného sloupu 2. Nosný sloup 2 je spojen se základnou 3 pomocí profilových nosníků 23 a betonových patek 24. Věž 1 tvoří dvouramennou páku, přičemž na delším ramenu ^z4 je umístěna vrtule 5, a na kratším ramenu 6 je strojovna 7 s pomocným závažím 25. Mezi věží 1 a otočnou objímkou 11 je uspořádána pneumatická tlumící a zdvihová jednotka 8. Nosný sloup 2 je dutý, a procházejí jím kabely od sběracích kroužků a kabely od různých snímačů a pro ovládání pomocných elementů. Otočná objímka li je uložena na nosném sloupu 2 na příslušných axiálních a radiálních ložiskách, která zachycují působící síly a umožňují otáčení věže 1 do směru větru. Pod otočnou objímkou 11 nosného sloupu 2 je ozubené kolo 26, do něhož zabírá pastorek 27 mechanismu pro otáčení věže 1 a současné tlumení otáčení věže L U menších zařízení může být natáčení věže 1 s vrtulí 5 do optimální polohy vůči větru samočinné, v důsledku závětmého umístění vrtule 5. Pro zvedám věže 1 z výchozí horizontální plochy do vztyčené pracovní polohy je tlumící a zdvihová jednotka 8 tvořena podle obr. 3 tlakovým ústrojím, např. vzduchovým, sestávajícím z válce 13, pístu 14, kompresoru 15, škrtících ventilů 27, 27’ a čtyřcestného ventilu 33. Podle obr. 4 a 5 je posuvné zařízení 12 tvořeno pohybovým šroubem 16 s maticí 17, která je upevněna v posuvné patce 18, s níž je spojen jeden konec tlumící a zdvihové jednotky 8. Posuvná patka 18 je vedena v prizmatickém vedení na pevné části posuvného zařízení 12 spojené s otočnou objímkou 11. Pohybový šroub 16 je spojen prostřednictvím převodovky 28 s elektromotorem 29. Obr. 6 a obr. 7 představuje příklad provedení dvouvěžové větrné elektrárny, kde věže i a Γ, opět příhradové konstrukce, jsou navzájem spojeny ··· • <

• <

• 4 ·· ·· ·· • · . · 9 9 9

9 · ·· • · ·· · * · • » 9 9 • 9999 99 99

-5v podpěrném bodě, upevněny společně na vidlici 10 otočné objímky 11 nosného sloupu 2, a spojeny se společnou tlumící a zdvihovou jednotkou 8. Delší ramena 4 a 4’ jsou spojena výztuhou 30. Strojovna 7 je prostřednictvím otočných závěsů 19 zavěšena na kratších ramenech 6, 6’ věží i. 1’, a pomocí stabilizační tyče 20 je spojena s otočnou objímkou 11 nosného sloupu 2. Na obr. 8 je znázorněn příklad provedení zařízení podle vynálezu, kde věž 1 je tvořena třemi soustředně uloženými trubkami 21, opatřenými výztuhou 31, a vnitřní prostor trubek 21 je naplněn kapalinou 22 pro přenos tlakové energie od vrtule 5 do strojovny 7. V uvedeném příkladu provedení je nosný sloup 2 upevněn na jediném centrálním základovém bloku 32.

V jiném výhodném příkladu provedení je jednověžová větrná elektrárna uvedena na obr. 9, kde je provedeno uložení věže 1 na bocích otočné objímky 11 nosného sloupu 2. Toto řešení přináší výhodu snížení polohy věže 1 v horizontální poloze, a také možnost použití návětmé vrtule.

Průmyslová využitelnost

Zařízení pro využívání energie větru podle vynálezu lze využít např. jako větrnou elektrárnu, a to pro stavbu jak na pevnině, tak např. na odstavených mořských vrtných plošinách.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Zařízení pro využívání energie větru, sestávající z alespoň jedné věže, vrtule a strojovny, vyznačující se tím, že alespoň jedna věž (1) je vytvořena ve tvaru dvouramenné páky, výkyvné upevněné pomocí čepu (9) na otočné objímce (11) nosného sloupli (2) spojeného se základnou (3), přičemž na delším ramenu (4) dvouramenné páky je umístěna vrtule (5), a na kratším ramenu (6) dvouramenné páky je umístěna strojovna (7), a mezi věží (1) a otočnou objímkou (11) je uspořádána alespoň jedna tlumící a zdvihová jednotka (8).
2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se t í m , že alespoň na jednom z ramen (4, 6) věže (1) je umístěno pomocné závaží (25).
3. Zařízení podle nároku 1,vyznačující se tím, že tlumící a zdvihová jednotka (8) je opatřena posuvným zařízením (12) pro přesun tlumící a zdvihové jednotky (8) s věží (1) z výchozí horizontální polohy do vztyčené pracovní polohy.
4. Zařízení podle nároků 1,2 a 3, vyznačující se t í m , že tlumící a zdvihová jednotka (8) je tvořena tlakovým ústrojím sestávajícím z válce (13), pístu (14) a zdroje (15) tlakového média.
5. Zařízení podle nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že posuvné zařízení (12) je tvořeno pohybovým šroubem (16) s maticí (17), která je upevněna v posuvné patce (18) spojené s tlumící a zdvihovou jednotkou (8).

-Ί
6. Zařízení podle alespoň jednoho z nároků 1 až 5, v y z n a č u j í c í se t í m , že sestává ze dvou věží (1, Γ) navzájem spojených a upevněných společně na otočné objímce (11) nosného sloupu (2), a spojených se společnou tlumící a zdvihovou jednotkou (8).
7. Zařízení podle alespoň jednoho z nároků laž 6, vyznačující se tím, že strojovna (7) je prostřednictvím otočného závěsu (19) zavěšena na kratším rameni (6) věže (1), a pomocí stabilizační tyče (20) je spojena s otočnou objímkou (11) nosného ,_x sloupu (2).

/ .'·
8. Zařízení podle alespoň jednoho z nároků laž 7, vyznačující se tím, že věž (1) je tvořena alespoň jednou trubkou (21), naplněnou tlakovým médiem (22), např. plynem či kapalinou, pro přenos energie od vrtule (5) do strojovny (7).