FI96134B - Järjestely tuulivoimalassa - Google Patents

Description

96134 Järjestely tuulivoimalassa

Keksinnön kohteena on järjestely tuulivoimalassa. Tuulivoimala käsittää virtauskanavistolla tai vas-5 taavalla varustetun roottorin, jossa on yksi tai useampi lapa tai siipi. Roottori on järjestetty ilmavirtauksen roottoriin kohdistamalla voimalla pyörittämään roottoriin yhdistettyä akselia energian tuottamiseksi akseliin yhdistetyllä energiantuottolait-10 teistolla.

Tuulivoimaloissa on eräänä vaikeana ongelmana erityisesti pohjoisilla leveysasteilla tietyissä sääoloissa tapahtuva roottorin jäätyminen. Jäätymisongelmaan on 15 pyritty löytämään ratkaisuja, joista eräs tunnettu on se, että roottorin ulkopinnalle sijoitetaan vastus-elementtejä, joihin tuodaan roottorin sulatukseen tarvittava lämpöenergia sähköisesti. Tämä ratkaisu on kuitenkin käytännössä suhteellisen hankala erityi-20 sesti siinä tapauksessa, että vastuselementit asen netaan roottorin ulkopintaan, jolloin niiden muotoilussa ja sijoituksessa on huomioitava myös virtaustekniset ominaisuudet erityisesti vastuselementtien vaikutus roottorin profiilimuotoon. Myöskin sähköenergian, 25 jota tuulivoimala varsinaisesti tuottaa tietyllä hyötysuhteella, käyttö sulatukseen vähentää tuulivoimalan kokonaisenergian tuotantoa.

Virtauskanavistoilla tai vastaavilla varustetut 30 roottorirakenteet, joita käytetään tuulivoimaloiden yhteydessä erityyppisiin tarkoituksiin kuin roottorin • jäätymisen estämiseen, ovat tunnettuja esim. julkaisuista FI-67 433, DE—3 527 951, GB-2 186 033, US-5 106 265 ja US-4 350 897.

Tämän keksinnön tarkoituksena on esittää järjestely tuulivoimalassa, jolla voidaan mitä suurimmassa määrin poistaa edellä esitettyjä ongelmia ja samalla kohottaa 35 96134 2 tuulivoimalan kokonaishyötysuhdetta, koska roottorin lämmittämiseen ei tarvitse ainakaan normaaleissa olosuhteissa käyttää sähköenergiaa. Järjestely voidaan toteuttaa yksinkertaisesti suoraan roottorin siiven 5 sisään, jolloin mm. aerodynaamisia ongelmia ei ilmene. Näiden tarkoitusten saavuttamiseksi keksinnön mukainen järjestely on pääasiassa tunnettu siitä, että järjestely käsittää: elimet energiantuottolaitteistossa syntyvän hukka-10 energian siirtämiseksi olennaisilta osiltaan lämmönsiirtoväliaineeseen ja elimet lämmönsiirtoväliaineen siirtämiseksi roottoriin, jolloin - roottorissa oleva virtauskanavisto tai vastaava on 15 järjestetty käytettäväksi lämmönsiirtoväliaineen sisältämän energian siirtämiseen roottorin rakenteisiin erityisesti jäätymisen estämiseksi.

Keksintö perustuu siis siihen perusoivallukseen, että 20 energiantuottolaitteistossa syntyy hukkalämpöä, joka suurehkoissa laitteistoissa saattaa olla jopa 20 kW:n luokkaa. Tämä hukkalämpö voidaan siirtää lämmönsiirto-väliaineeseen, joka edelleen johdetaan roottorissa olevaan kanavistoon tms. tuulivoimalan toiminnan 25 varmistamiseksi erityisesti niissä olosuhteissa, joissa roottori joutuu alttiiksi jäätymiselle.

Oheisissa epäitsenäisissä patenttivaatimuksissa on esitetty eräitä keksinnön edullisia sovelluksia.

30

Keksintöä havainnollistetaan lähemmin seuraavassa : selityksessä, jossa viitataan oheiseen piirustukseen.

Piirustuksessa on kuvassa 1 esitetty kaaviollisesti eräs keksinnön mukaisen järjestelyn sovellus sivulta 35 katsottuna pystyleikkauksena ja kuvassa 2 vaihto ehtoinen sovellus järjestää lämmönsiirtoväliaineen virtaus roottorin napaan samoin pystyleikkauksena.

li 96134 3

Piirustuksessa esitetty tuulivoimala käsittää pääosina tukimaston 1, jonka yläosaan varsinainen tuulivoimala-osa on sijoitettu. Tuulivoimalaosa on laakeroitu tukimastoon pystysuoran akselin ympäri pyöriväksi.

5 Se käsittää kotelorungon 2 ja roottorin 3, joka on kiinnitetty napaosaan 4, joka puolestaan on yhteydessä akselin 5 välityksellä kotelorungon 2 sisäosaan, jossa varsinainen energiantuottolaitteisto sijaitsee. Energiantuottolaitteisto on piirustuksessa kuvattu 10 kaaviollisesti ja se käsittää ensimmäisenä akseliin yhdistetyn vaihdelaatikon 6 ja siihen voimansiirtoyh-teydessä olevan generaattorin 7 sekä elimet 8, jotka varmistavat energiantuottolaitteiston toimintaa, kuten laakeroinnit, voitelujärjestelmät, hydrauliikka-15 järjestelmät jne. Varsinainen energiantuottolaitteisto voidaan keksinnön puitteissa toteuttaa usealla eri tavalla, joita ei tässä yhteydessä lähemmin selvitetä, koska ne kuuluvat alan ammattimiehelle ilmeiseen tekniikkaan.

20

Piirustuksen esittämässä sovelluksessa kotelorungon 2 sisään on muodostettu suljettu vaippatila 9 seinämä-rakenteen 10 tai vastaavan avulla, jolloin oleellisesti hukkalämpöä tuottavat energiantuottolaitteiston osat 6, 25 7 ja 8 on sijoitettu vaippatilaan 9. Erityisesti pienehköissä tuulivoimaloissa varsinainen kotelorunko voi muodostaa seinämärakenteen, jolloin tuulivoimala-osan sisäosa muodostaa mainitun vaippatilan. Lämmön-siirtoväliaine, jonka kierto on merkitty nuolilla LK 30 piirustuksessa, tapahtuu siten, että kotelorungossa olevan aukon 11 kautta lämmönsiirtoväliaineena sopivim-: min toimiva ilma siirtyy kotelorungon sisätilaan 12 ja siitä edelleen seinämärakenteessa olevan ainakin yhden yhteen 13 kautta vaippatilaan 9, jolloin lämmön-35 siirtoväliaine joutuu lämmönsiirtoyhteyteen energiantuottolaitteiston hukkalämpöä tuottavien osien 6, 7 ja 8 kanssa. Tällöin lämmönsiirtoväliaine lämpenee ja se johdetaan ontoksi muodostetun akselin 5 sisäkana- 96134 4 van 14 kautta roottorin 3 napaan 4, jossa se jaetaan siellä olevassa jakotilassa (ei esitetty) kuhunkin roottorin 3 siipeen 3a. Kussakin siivessä 3a on virtauskanavisto 17, joka piirustuksessa on esitetty 5 katkoviivoin, jolloin lämmönsiirtoväliaine siirtyy kohti siiven 3a päätyjä, jossa on lämmönsiirtoväli-aineen virtauskanaviston 17 poistoaukko 15.

Poistoaukko, eli toinen yhde 15 on sijoitettu edul-10 lisesti roottorin 3 siivissä 3a alipainepuolelle, jolloin lämmönsiirtoväliaineen virtaus saadaan ainakin osittain syntymään alipaineen vaikutuksesta.

Energiantuottolaitteiston yhteyteen vaippatilan 9 15 sisään on myös edullista ainakin tietyissä sovelluksis sa järjestää lisälämmityslaitteisto 16, kuten sähköinen vastusjärjestely erityisesti tarkoituksena saattaa jäätymisen estämiseen tarvittava lisäenergia lämmön-siirtoväliaineeseen tarvittaessa. Tämä vaihtoehto 20 saattaa tulla kysymykseen erityisesti silloin, kun tuulivoimala on pysähdyksissä, jolloin roottorin pyörimiseen perustuvaa alipainevaikutusta lämmönsiirto-väliaineen virtauksen synnyttämiseksi ei ole käytettävissä. Tällöin on myös luonnollisesti edullista, 25 että lämmönsiirtoväliaineen virtausreitille esim.

virtauskanavaan 14 tai sen sisäänmenoaukon yhteyteen on järjestetty puhallin tai vastaava erityisesti tarkoituksena lämmönsiirtoväliaineen virtauksen aikaansaaminen tai sen tehostaminen.

30

Siivissä 3a oleva virtauskanavisto 17 voidaan konstru-:I oida usealla eri tavalla huomioiden alan ammatti miehelle tunnetulla tavalla lämmönsiirto-ominaisuudet ja lujuus yhdessä siipiprofiilin virtausominaisuuksien 35 kanssa. Sopivana materiaalina voidaan mainita lasi-kuitulujitettu muovi. Vastaavasti myös akselin 5 yhteydessä oleva virtauskanava 14a voidaan järjestää sopivimmin ympäröimään umpinaista akselia 4 esim.

Il 96134 5 vaippajärjestelyllä 18, joka kotelorungon 2 läpäisten olennaisesti akselin 5 suuntaisena on yhteydessä seinämärakenteen 10 tai vastaavan rajaamaan vaippa-tilaan 9 lämmönsiirtoväliaineen johtamiseksi jako-5 tilaan 19.

Claims (9)

1. Järjestely tuulivoimalassa, joka käsittää virtaus-5 kanavistolla (17) tai vastaavalla varustetun roottorin (3), joka on järjestetty ilmavirtauksen roottoriin kohdistamalla voimalla pyörittämään roottoriin yhdistettyä akselia (5) energian tuottamiseksi akseliin yhdistetyllä energiantuottolaitteistolla (6-8), 10 tunnettu siitä, että järjestely käsittää: elimet (2, 11; 9, 10, 13) energiantuottolaitteis-tossa syntyvän hukkaenergian siirtämiseksi olennaisilta osiltaan lämmönsiirtoväliaineeseen ja 15 elimet (14) lämmönsiirtovällaineen siirtämiseksi roottoriin (3), jolloin - roottorissa (3) oleva virtauskanavisto (17) tai 20 vastaava on järjestetty käytettäväksi lämmönsiirto- väliaineen sisältämän energian siirtämiseksi roottorin (3) rakenteisiin erityisesti jäätymisen estämiseksi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen järjestely tuuli- voimalassa, jolloin energiantuottolaitteisto käsittää virtausteknisten vaatimusten mukaisesti muodostetun kotelorungon (2), joka on sopivimmin sijoitettu tukimaston (1) yläosaan, roottorin (3) napaan (4) 30 yhdistetyn akselin (5), joka on yhteydessä kotelorun-gossa (2) olevaan vaihde laatikkoon (6), joka puolestaan on yhteydessä samoin kotelorungossa (2) olevaan generaattoriin (7) sähkötehon tuottamiseksi sekä elimet (8) energiantuottolaitteiston toiminnan varmis-35 tamiseksi, kuten laakeroinnit ja voitelujärjestelmän, tunnettu siitä, että kotelorunko (2) on muodostettu oleellisesti suljetuksi ja/tai kotelorungon sisään on muodostettu suljettu vaippatila (9) seinämäraken- II 96134 7 teen (10) tai vastaavan avulla, jolloin oleellisesti hukkalämpöä tuottavat energiantuottolaitteiston (6-8) osat on sijoitettu vaippatilaan (9) lämmönsiirto-väliaineen saattamiseksi lämmönsiirtoyhteyteen mainit-5 tujen energialaitteiston hukkalämpöä tuottavien osien (6-8) kanssa.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen järjestely tuulivoimalassa, tunnettu siitä, että lämmönsiirto- 10 väliaine on ilma ja lämmönsiirtoväliaineen virtaus on järjestetty läpivirtausperiaatteella siten, että virtaus tapahtuu ulkoilmasta kotelorunkoon (2) ja sieltä roottoriin (3) sekä edelleen roottorista (3) ulkoilmaan. 15

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen järjestely tuulivoimalassa, tunnettu siitä, että kotelorunkoon (2) ja/tai vaippatilaa (9) rajaavaan seinämärakenteeseen (10) tai vastaavaan on muodostettu ensimmäinen yhde 20 (11 vast. 13) lämmönsiirtoväliaineena toimivan ilman sisäänvirtauksen aikaansaamiseksi yhteyteen hukkalämpöä tuottavien energiantuottolaitteiston osien (6-8) kanssa.

5. Jonkin patenttivaatimuksista 1-4 mukainen järjestely tuulivoimalassa, tunnettu siitä, että root torin (3) yhteydessä erityisesti roottorin (3) ns. alipainepuolella on ainakin joissakin roottorin (3) siivissä (3a) ainakin yksi toinen yhde (15) alipaineen 30 ja siten lämmönsiirtoväliaineen virtauksen synnyttämiseksi lämmönsiirtoväliaineen virtauskanavistoon (17).

6. Jonkin patenttivaatimuksista 1-5 mukainen järjes- 35 tely tuulivoimalassa, tunnettu siitä, että yhteys roottorin (3) navassa (4) olevaan jakotilaan ja sitä kautta roottorissa (3) olevaan virtauskanavistoon (17) on järjestetty napaan (4) yhdistetyn, sopivimmin 96134 8 onton ja siten virtauskanavan (14) käsittävän akselin (5) kautta.

6 .96134

7. Jonkin patenttivaatimuksista 1-5 mukainen järjes-5 tely tuulivoimalassa, tunnettu siitä, että yhteys roottorin (3) navassa (4) olevaan jakotilaan ja sitä kautta roottorissa (3) olevaan virtauskanavistoon (17) on järjestetty virtauskanavalla (14a), joka on sijoitettu akselin (5) ulkopuolelle, sopivimmin ympäröimään 10 akselia (5).

8. Jonkin patenttivaatimuksista 1-7 mukainen järjestely tuulivoimalassa, tunnettu siitä, että ener- giantuottolaitteiston yhteyteen ja yhteyteen lämmön- 15 siirtoväliaineen virtauksen kanssa on järjestetty lisälämmityslaitteisto (16), kuten sähköinen vastus-järjestely, erityisesti tarkoituksena saattaa jäätymisen estämiseen tarvittavaa lisäenergiaa lämmönsiirto-väliaineeseen tarvittaessa. 20

9. Jonkin patenttivaatimuksista 1-8 mukainen järjestely tuulivoimalassa, tunnettu siitä, että lämmön-siirtoväliaineen virtausreitille on järjestetty puhallin tai vastaava erityisesti tarkoituksena 25 lämmönsiirtoväliaineen virtauksen aikaansaaminen tai • sen tehostaminen. • m · m • · li 96134 9