HRP20100185A2 - Vjetroelektrana mehaničkih jedara okomite osi - Google Patents

Abstract

Vjetroelektrana mehaničkih jedara okomite osi sastavljena je od mehaničkih jedara 1 koja su sponama 2 spojena u jedno tijelo (rotor), a koja imaju osnovnu funkciju u datom trenutku zatvoriti lopatice 17 i time stvoriti jedro odnosno tijelo na koje se prenosi kinetička energija vjetra. Tu regulaciju otvaranja i zatvaranja mehaničkih jedara 1 odnosno pomicanje lopatica 17, koje čine jedro, vrši mehanički ekscentrični regulator 16 koji funkcionira uz pomoć zaokretnog krilca 14 koje ga okreće oko glavnog stupa vjetroelektrane i uvijek regulira izbačeni ekscentrični dio na kut od 90° prema smjeru kretanja vjetra. Snaga vjetra prenosi se na, u tom trenutku zatvoreno formirano jedro 13 koje se, zajedno sa ostala dva otvorena mehanička jedra, giba kružno oko glavnog stupa po kružnom klizaču 12. U toj vrtnji okreću glavnu osovinu 20 koja kroz glavni stup prenosi silu do multiplikatora okretaja 4. Na izlazu iz multiplikatora okretaja 4 nalazi se zamašnjak 6 u svom bezzračnom kućištu koje mu služi za smanjenje otpora i zvuka, a elementarna funkcija zamašnjaka 6 u ovom slučaju je ujednačenost rada i akumulacija kinetičke energije. Zrak iz kućišta zamašnjaka 6 isisava se usisnom vakumskom pumpom 7. Na izlazu iz zamašnjaka 6 nalazi se mehanički varijator okretaja 24 koji je u direktnom spoju sa generatorom 8 i osigurava mu tražene okretaje.

Description

Područje na koje se izum odnosi

Ovaj izum odnosi se na vjetroelektranu s okomitom osi, koja umjesto krakova ima mehanička jedra.

Tehnički problem

Dosadašnje vjetroelektrane okomite osi imaju problem otpora kojeg pružaju lopatice u povratu, odnosno premalena razlika između lopatica pod naponom (okrenute okomito na smjer vjetra) i lopatica koje se vraćaju u početni položaj.

Stanje tehnike

Postojeće vjetroelektrane dijele se na vjetrenjače s horizontalnim i vjetrenjače s vertikalnim rotorom. I jedne i druge imaju lopatice određenog geometrijskog profila prilagođenog pojedinim potrebama. Kako se radi o fiksnim tijelima, koja prateći os okretanja, mijenjaju kut prema vjetru ali ne mijenjaju svoj oblik, tako je i stupanj iskoristivosti definiran njihovim aerodinamičnim svojstvima. U pojedinim slučajevima lopatice imaju promijenjiv kut u odnosu na vjetar ali u pravilu samo radi smanjivanja ukupnog otpora kod prejakih vjetrova.

Kada govorimo o vjetroelektranama s okomitom osi moramo napomenuti da je u svim dosadašnjim prijavama, ali i u ekperimentalnim projektima, izuzeta potreba okretanja baze prema smjeru vjetra. U pravilu takvim vjetroelektranama odgovaraju svi smjerovi vjetrova.

Kod ove vjetroelektrane to pravilo ne vrijedi, već ona upotrebom zaokretnog krilca usmjerava, odnosno okreće cijelu bazu okomito na smjer kretanja vjetra. Uz upotrebu mehaničkih jedara koja, kao prvu karakteristiku, imaju mogućnost otvaranja i zatvaranja lopatica, koje ukupno čine jedro, kao i uz upotrebu mehaničkog ekscentričnog regulatora otvaranja i zatvaranja, ova vjetroelektrana ima daleko veću iskoristivost snage vjetra.

Izlaganje suštine izuma

Primarni cilj ove vjetroelektrane je upotrebom mehaničkih jedara stvoriti uvjete za što većom iskoristivosti snage vjetra.

Sekundarni cilj je njena primjena kod slabih vjetrova (3 m/s).

Daljnji cilj je bolja zaštita cjelokupnog sustava kod prejakih vjetrova.

Daljnji cilj je i bolja statika cjelokupnog sustava koji bi omogućio izradu većih jedara, a samim time i veću ukupnu iskoristivost vjetroelektrane.

Daljnji cilj je napraviti potpunu mehaničku regulaciju otvaranja i zatvaranja jedara i time osigurati trajnost, jednostavnost sustava i manju proizvodnu cijenu.

Prednosti vjetroelektrane mehaničkih jedara okomite osi biti će prikazani u opisu koji slijedi:

Čitava vjetroelektrana utemeljena je na armirano – betonskom postolju unutar kojega se nalazi otvor ispod nivoa tla u kojem su smješteni mehanizam za povećavanje okretaja, zamašnjak i generator. Takva postavka rasporeda težine omogućava izgradnju većih mehaničkih jedara.

Vjetroelektrana ima donju polovicu nadzemnog dijela fiksno sastavljenu od cijevi koje služe kao nosač horizontalnog klizača. Po tom horizontalnom klizaču klize ležajevi postavljeni na dno mehaničkih jedara, a služe za preuzimanje na sebe dijela težine samih mehaničkih jedara. Ukupni cilj konstrukcije sa horizontalnim klizačima je stvaranje preduvjeta za izradu velikih mehaničkih jedara.

Rotor se sastoji od tri mehanička jedra međusobno povezanih sponama. Tako sačinjen rotor okreće se oko baze (nosivog stupa vjetroelektrane), a svojom vrtnjom pokreće glavnu osovinu koja prolazi kroz stup vjetroelektrane i silazi do mehanizma za povećanje broja okretaja.

Mehanička jedra otvaraju se i zatvaraju upotrebom mehaničkog ekscentričnog mehanizma koji radi na slijedeći način: svako mehaničko jedro ima u svom okviru deset ležajeva i osovina međusobno povezanih, koja imaju za cilj okretati lopatice oko svoje osi, odnosno u datom trenutku zaokretanjem tih lopatica formirati jedro ili ga rasformirati. Ta promjena događa se upotrebom spone na vrhovima osovina koja svojim pomakom omogućava otvaranje i zatvaranje lopatica mehaničkih jedara. Regulaciju spona vrši mehanički ekscentrični regulator koji funkcionira na slijedeći način: ekscentrični klizači postavljeni oko glavnog stupa na vrhu vjetroelektrane okreću se upotrebom zaokretnog krilca i time u svakom trenutku, bez obzira na promjenu smjera vjetra, izbačeni dio ekscentra smještaju na 90º desne vrtnje od smjera vjetra. To omogućava mehaničko zatvaranje jedra u pravilnom položaju od 90º na smjer kretanja vjetra.

Na zatvoreno mehaničko jedro vjetar predaje kinetičku energiju dok je na ostala dva otvorena mehanička jedra ta predaja svedena na minimum. Ciklus se beskonačno nastavlja tako da svako od tri mehanička jedra povrat u početni položaj vrši otvoreno, dok zahvaljujući mehanizmu ekscentričnog regulacije u pravom trenutku bivaju zatvorena.

Ostvareni rad vrtnjom rotora prenosi se osovinom kroz glavni stup u podnožje vjetroelektrane odnosno njen podzemni dio, u kojem dolazi prvo do povećavanje broja okretaja upotrebom multiplikatora okretaja, a nakon toga i do pokretanja zamašnjaka na kojega je spojen generator.

Kratak opis crteža

Slika 1.: „Bokocrt podzemnog i nadzemnog dijela vjetroelektrane s detaljnim opisom sastavnih dijelova “

Slika 2.: „Prikaz izgleda mehaničkih jedara s detaljnim opisom načina rada u fazama“

Slika 3.: „Detaljni prikaz načina okretanja lopatica mehaničkih jedara oko svoje osi“

Slika 4.: „Prikaz mehaničkog ekscentričnog regulatora otvaranja i zatvaranja mehaničkih jedara “

Slika 5.: „Tlocrt rotora vjetroelektrane s prikazanim klizačem“

Detaljan opis najmanje jednog od načina ostvarivanja izuma

Prema slici 1. može se vidjeti kako podzemni dio vjetroelektrane sačinjavaju multiplikator okretaja 4, zamašnjak 6, generator 8, elektroinstalacijska kutija s transfromatorima 5 i vakumska pumpa 7, koja služi za stvaranje bezzračnog prostora unutar kućišta u kojem se ostvaruje vrtnja zamašnjaka 6. Multiplikator okretaja 4 ubrza vrtnju glavne osovine 1:64 te time stvori preduvjet za rad zamašnjaka 6. Na slici 1. vidljivo je i nadzemno utemeljenje 15, bazni ležaj glavne osovine 11 kao i cijela konstrukcija nosača klizača 3 mehaničkih jedara 1. Po tom klizaču kližu mehanička jedra 1 međusobno povezana sponama 2. Ispod mehaničkih jedara vidljivi su ležajevi (kotači 9) koji su potpora mehaničkim jedrima 1 u kruženju oko glavnog stupa. Na slici su vidljiva dva mehanička jedra od kojih je jedno otvoreno a drugo zatvoreno 13, odnosno jedno pruža otpor vjetru, dok drugo putuje u početni položaj otvoreno, odnosno stvara samo 10% otpora zatvorenog mehaničkog jedra 13. Na vrhu vjetroelektrane vidljivo je zaokretno krilce 14 koje, zajedno sa mehaničkim ekscentričnim regulatorom 16, otvara i zatvara mehanička jedra 1.

Na slici 2. vidljiva su mehanička jedra u dvije faze. Prva faza (zatvoreno jedro) ostvari se okretanjem lopatica 17 oko svoje osi upotrebom zaokretne poluge 10 spojene na mehanički ekscentrični regulator 16 (na slici 1.). Druga faza nastane kada se zaokretna poluga 10 vrati u početni položaj i time postavi lopatice 17 u otvoreni položaj odnosno položaj u kojem ukupno ne čine više od 10% otpora u odnosu na zatvoreno mehaničko jedro 13 (na slici 1.).

Na slici 3. vidljiv je detaljan prikaz u dvije faze okretaja lopatica 17 oko svoje osi odnosno osovine 19 koja prolazi cijelom dužinom lopatice 17. Vidljivo je i kako pomicanjem zaokretne poluge 10 dolazi do zaokretanja lopatica 17 i njihovo premještanje iz faze jedan u fazu dva, odnosno iz faze otvorenog jedra u fazu formiranog, zatvorenog jedra.

Slika 4. prikazuje tlocrt mehaničkog ekscentričnog regulatora 16 (na slici 1.) koji je sačinjen od centralnog ležaja 22, ekscentričnog klizača 21 kojim kližu ležajevi 23 krajeva zaokretnih poluga 18, a čiju rotaciju pokreće zaokretno krilce 14. Zaokretno krilce 14 i istureni dio ekscentričnog klizača 21 čine kut od 90º koji omogućava da se mehaničko jedro zatvori u pravom trenutku odnosno u trenutku kada, u odnosu na smjer kretanja vjetra, čini kut od 90º.

Slika 5. prikazuje tlocrt rotora vjetroelektrane iz kojeg je vidljivo da se rotor vrti oko centralnog stupa 22 te da se međusobno spojena mehanička jedra upotrebom spona 2 oslanjaju na klizač 12 svojom težinom. Iz slike 5. vidljivo je kako o smjeru kretanja vjetra ovisi hoće li mehaničko jedro biti otvoreno ili zatvoreno.

Popis upotrebljenih pozivnih oznaka:

1. Mehanička jedra

2. Spone

3. Konstrukcija

4. Multiplikator okretaja

5. Elektroinstalacijska kutija s transfromatorima

6. Zamašnjak

7. Vakumska pumpa

8. Generator

9. Ležajevi - kotači

10. Zaokretna poluga

11. Bazni ležaj glavne osovine

12. Klizač

13. Zatvoreno mehaničko jedro

14. Zaokretno krilce

15. Nadzemno utemeljenje

16. Mehanički ekscentrični regulator

17. Lopatice

18. Brtva

19. Osovina lopatica

20. Glavna osovina

21. Ekscentrični klizač

22. Centralni ležaj

23. Ležajevi krajeva zaokretnih poluga

24. Mehanički varijator okretaja

Način primjene izuma

Na taj način tehničko unapređenje vjetroelektrane mehaničkih jedara okomite osi svoju primjenu može pronaći na mjestima gdje klasična vjetroelektrana nailazi na probleme bilo da su oni nedovoljna količina vjetra ili njegova prevelika količina. Kako je riječ o isključivo mehaničkom sklopu, koji čini vjetroelektranu, za očekivati je da će kroz period eksploatacije postrojenja to biti presudna prednost uslijed svoje jednostavnosti. Sustav obiluje nizom tehnoloških rješenja, usmjerenih ka sigurnosti i dugovječnosti rada. Svojom jednostavnošću pojeftiniti će uvelike proizvodnu cijenu koja je direktno povezana sa isplativošću sustava.

Claims (10)

1. Vjetroelektrana mehaničkih jedara okomite osi sastoji se od tri osnovna dijela međusobno povezanih: podzemni dio, fiksni donji nadzemni dio i gornji rotirajući dio, te je naznačena time da kinetičku energiju vjetra preuzima mehaničkim jedrima (1) i kroz centralni stup glavnom osovinom (20) dovodi do generatora (8) u podzemnom dijelu.

2. Vjetroelektrana mehaničkih jedara okomite osi, prema zahtjevu 1, naznačena time da su na rotor spojena tri mehanička jedra (1) koja imaju funkciju preuzimanja kinetičke energije vjetra, a rade na principu otvaranja i zatvaranja lopatica jedra (17).

3. Vjetroelektrana mehaničkih jedara okomite osi, prema zahtjevu 2, naznačena time da regulaciju otvaranja i zatvaranja lopatica mehaničkih jedara (17) vrši mehanički ekscentrični regulator (16) koji se prema vjetru samoregulira zaokretnim krilcem (14).

4. Vjetroelektrana mehaničkih jedara okomite osi, prema zahtjevu 3, naznačena time da kroz ekscentrični klizač (21) kližu ležajevi krajeva zaokretnih poluga (23) i ovisno o izbačenom dijelu ekscentra zatvaraju lopatice mehaničkih jedara (17) te time stvaraju razliku otpora.

5. Vjetroelektrana mehaničkih jedara okomite osi, prema zahtjevu 1, naznačena time da mehanička jedra (1) međusobno povezana sponama (2) u jedno tijelo - rotor, dio svoje težine prenose preko ležajeva – kotača (9) na klizač, koji se nalazi na fiksnom donjem nadzemnom dijelu vjetroelektrane.

6. Vjetroelektrana mehaničkih jedara okomite osi, prema zahtjevima 1 i 5, naznačena time da rotor svoju vrtnju prenosi na glavnu osovinu (20) koja prolazi kroz glavni stup vjetroelektrane, a koja je spojena sa multiplikatorom okretaja (4) u podzemnom dijelu vjetroelektrane.

7. Vjetroelektrana mehaničkih jedara okomite osi, prema zahtjevu 6, naznačena time da multiplikator okretaja (4) ubrza vrtnju glavne osovine 1:64 te time stvori preduvjet za rad zamašnjaka (6), koji na malim okretajima glavne osovine ne bi imao funkciju.

8. Vjetroelektrana mehaničkih jedara okomite osi, prema zahtjevu 7, naznačena time da zamašnjak (6) svoju vrtnju ostvaruje u posebnom kućištu iz kojega je usisnom vakumskom pumpom (7) usisan zrak te time smanjen otpor u kretanju zamašnjaka (6) i većim dijelom eliminiran zvuk kretnje zamašnjaka (6).

9. Vjetroelektrana mehaničkih jedara okomite osi, prema zahtjevu 8, naznačena time da je na izlaznoj osovini zamašnjaka (6) smješten mehanički varijator okretaja (24) koji je potreban da bi se do generatora (8) doveo željeni broj okretaja.

10. Vjetroelektrana mehaničkih jedara okomite osi, prema zahtjevu 9, naznačena time da je na izlaznoj osovini mehaničkog varijatora okretaja (24) priključen generator (8).