MD1476Z - Turbină eoliană - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la energetica eoliană, şi anume la dispozitive de conversie a energiei eoliene în energia electrică. Turbina eoliană conţine un turn (1), pe care este instalat cu posibilitatea rotirii în jurul axei lui un rotor cu pale (7) aerodinamice, fixat pe un arbore de intrare (6), unit cu un generator (5) de curent electric, inclusiv un mecanism (3) de transmitere a curentului produs de generator (5), şi un mecanism de siguranţă (2) a generatorului (5). Fiecare pală (7) aerodinamică este dotată pe extradosul ei cu o canelură longitudinală (a) de formă semicirculară, deschisă spre exterior, cu raza de (0,0125 - 0,0135)L, centrul căreia este amplasat pe prelungirea conturului profilului aerodinamic la distanţa de (0,56 - 0,58)L de bordul de atac, unde L - lungimea coardei palei (7).

Description

Invenţia se referă la energetica eoliană, şi anume la dispozitive de conversie a energiei eoliene în energia electrică.

Este cunoscută o turbină eoliană, care conţine un rotor cu cinci pale aerodinamice simetrice cu profil răsucit longitudinal. Turbina eoliană include un turn, pe care este fixată o nacelă cu posibilitatea rotirii sale în jurul axei turnului prin intermediul unui lagăr de alunecare, fiind orientat la direcţia vântului prin intermediul unei giruete, fixate de nacelă, în care este montat un generator cu magneţi permanenţi, iar pe arborele de intrare al generatorului este fixat rotorul cu palele aerodinamice. Pe rotor este instalat conul nacelei [1].

Dezavantajul turbinei eoliene cunoscute constă în performanţa aerodinamică limitată a rotorului la viteza nominală a vântului.

De asemenea, este cunoscută o turbina eoliană, care conţine un turn, pe care este amplasată o nacelă cu posibilitatea rotirii ei în jurul axei turnului prin intermediul roţilor-vindroză, cuplate cu un mecanism de acţionare, format din două angrenaje cu melc, şi cu un rotor cu pale cu profil aerodinamic, fixat pe arbore de intrare, unit cu rotorul unui generator, dotat cu un dispozitiv de transformare a energiei, legat cinematic cu rotorul. Fiecare pală este dotată cu o gură de aspiraţie a aerului, amplasată longitudinal în zona bordului de atac, şi o gură de refulare, amplasată în zona adiacentă bordului de fugă, pe partea dorsală a palelor. Totodată, gurile de aspiraţie şi de refulare sunt executate ca deschizături în învelişul palelor, gurile de aspiraţie şi de refulare fiind unite între ele printr-un tunel pentru circulaţia aerului, executat între învelişul părţii dorsale a palei şi învelişul echidistanţat de învelişul părţii dorsale a palei [2].

Dezavantajul turbinei eoliene cunoscute constă în construcţia complicată a palelor rotorului, ceea ce diminuează eficienţa constructivă, sporind doar costurile de fabricare şi de exploatare.

Problema pe care o rezolvă invenţia constă în sporirea eficienţei conversiei şi în simplificarea construcţiei palelor.

Turbina eoliană, conform invenţiei, înlătură dezavantajele menţionate mai sus prin aceea că conţine un turn imobil, pe care este instalat cu posibilitatea rotirii în jurul axei lui un rotor cu pale aerodinamice, fixat pe un arbore de intrare, unit cu un generator de curent electric, rotorul cu pale aerodinamice fiind orientat după direcţia vântului de o giruetă. Turbina mai include un mecanism de transmitere a curentului produs de generator, şi un mecanism de siguranţă a generatorului. Fiecare pală aerodinamică este dotată pe extradosul ei cu o canelură longitudinală de formă semicirculară, deschisă spre exterior, cu raza de (0,0125 - 0,0135)L, centrul căreia este amplasat pe prelungirea conturului profilului aerodinamic la distanţa de (0,56 - 0,58)L de bordul de atac, unde L - lungimea coardei palei.

Canelura longitudinală este amplasată la o distanţă proporţională de la bordul de atac pe toată lungimea palei, având aceiaşi rază pe lungimea palei.

Rezultatul tehnic al invenţiei constă în faptul că aplicarea canelurii longitudinale executate pe extradosul palei de formă semicirculară, deschisă spre exterior, cu o rază stabilită, conduce la sporirea eficienţei de conversie. Totodată, amplasarea canelurii la o distanţă proporţională de la bordul de atac pe toata lungimea palei şi executarea ei de aceiaşi adâncime conduce la simplificarea constructivă şi tehnologică a palelor.

Invenţia se explică prin desenele din fig. 1 - 6, care reprezintă:

- fig. 1, turbina eoliană cu cinci pale;

- fig. 2, pala cu profil aerodinamic cu canelură longitudinală;

- fig. 3, secţiunea palei, dotată cu canelură;

- fig. 4, separarea stratului limită şi variaţia energiei cinetice turbulente asupra profilului aerodinamic pentru profilul aerodinamic NACA 4412, executat fără canelura longitudinală;

- fig. 5, separarea stratului limită şi variaţia energiei cinetice asupra profilului aerodinamic pentru profilul aerodinamic NACA 4412, executat cu canelura longitudinală;

- fig. 6, reprezentarea forţei de portanţă în funcţie de unghiul de atac al profilului aerodinamic.

Turbina eoliană (fig. 1) conţine turnul 1 imobil, pe care este instalat cu posibilitatea rotirii în jurul axei lui rotorul cu pale 7 aerodinamice, fixat pe arborele de intrare 6, unit cu generatorul 5 de curent electric, rotorul cu pale 7 aerodinamice fiind orientat după direcţia vântului de girueta 4, inclusiv mecanismul 3 de transmitere a curentului produs de generatorul 5, şi mecanismul de siguranţă 2 a generatorului 5. Fiecare pală 7 aerodinamică este dotată pe extradosul ei cu canelura longitudinală a de formă semicirculară, deschisă spre exterior, cu raza de (0,0125 - 0,0135)L, centrul căreia este amplasat pe prelungirea conturului profilului aerodinamic la distanţa de (0,56 - 0,58)L de bordul de atac, unde L - lungimea coardei palei 7.

Turbina eoliană funcţionează în modul următor.

La o viteză a vântului mai mare de 2,5 m/s forţele aerodinamice ale fluxului de aer, care curge în jurul palelor 7, formează o componenţă tangenţială, care antrenează generatorul 5 prin intermediul arborelui 6 cu o mişcare de rotaţie cu viteza unghiulară, care produce energie electrică. Orientarea turbinei la direcţia vântului este asigurată prin intermediul giruetei 4, iar frânarea rotorului la viteze ale vântului mai mari de 25 m/s este asigurată combinat pe cale electromagnetică şi aerodinamica.

Pala poate fi executată prin frezare, deformare plastică sau tehnologii aditive cu ajutorul imprimantelor 3D din materiale compozite.

Dotarea palelor cu profil aerodinamic (fig. 2, 3) cu canelura longitudinală amplasată pe extradosul lor de formă semicirculară, deschisă spre exterior, cu o rază oarecare R, centrul căreia este amplasat pe conturul profilului aerodinamic NACA 4412, iar distanţa centrului razei de la bordul de atac este în proporţie de (≈0,57)L, conduce la sporirea eficienţei conversiei. Rezerva de sporire a performanţei aerodinamice a palelor rotorului constă în diminuarea influenţei negative a fenomenului de separare a stratului limită la curgerea fluidului în direcţia transversală a palei. În fig. 4 şi 5 este prezentată separarea stratului limită şi variaţia energiei cinetice turbulente pentru profilul aerodinamic NACA 4412 cu şi fără canelură longitudinală. Se observă diferenţa de diminuare a energiei cinetice turbulente în fig. 4 la max. 10 J/kg, iar în fig. 5 la max. 8 J/kg, are loc o dată cu întârzierea separării stratului limită, cauzată de canelura longitudinală (fig. 5). Testările în tunelul aerodinamic specializat demonstrează sporirea performanţei aerodinamice cu 5%, obţinându-se creşterea forţei de portanţă în funcţie de unghiul de atac cauzat de canelura longitudinala (fig. 6), confirmându-se efectul pozitiv al soluţiei tehnice propuse de invenţie.

1. HY-1000 wind turbine, Guangzhou HY energy Technology Limited Corp, Manufactured, Trading Company, 2001 [regăsit la 2020.10.02]. Găsit pe Internet <https://www.eworldtrade.com/c/hyenergytechnology/>

2. MD 661 Y 2013.07.31

Claims (2)

1. Turbină eoliană, care conţine un turn (1) imobil, pe care este instalat cu posibilitatea rotirii în jurul axei lui un rotor cu pale (7) aerodinamice, fixat pe un arbore de intrare (6), unit cu un generator (5) de curent electric, rotorul cu pale (7) aerodinamice fiind orientat după direcţia vântului de o giruetă (4), inclusiv un mecanism (3) de transmitere a curentului produs de generator (5), şi un mecanism de siguranţă (2) a generatorului (5), caracterizată prin aceea că fiecare pală (7) aerodinamică este dotată pe extradosul ei cu o canelură longitudinală (a) de formă semicirculară, deschisă spre exterior, cu raza de (0,0125 - 0,0135)L, centrul căreia este amplasat pe prelungirea conturului profilului aerodinamic la distanţa de (0,56 - 0,58)L de bordul de atac, unde L - lungimea coardei palei (7).

2. Turbină eoliană, conform revendicării 1, caracterizată prin aceea că canelura longitudinală (a) este amplasată la o distanţă proporţională de la bordul de atac pe toată lungimea palei (7), având aceiaşi rază pe lungimea palei (7).