MD1553Z - Turbină eoliană cu ax orizontal cu control automat al puterii - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la energetica eoliană, şi anume la turbine eoliene cu ax orizontal, şi poate fi utilizată pentru transformarea energiei eoliene în energia electrică, cu control automat al puterii.Turbina eoliană, conform invenţiei, conţine un turn (1), pe care este instalată o nacelă (2), în care este montat un rotor (3) cu trei pale (4) cu profil aerodinamic şi un generator electric (5). Pe suprafaţa aerodinamică a palei (4), în zona cu efect aerodinamic maxim (I), este fixată articulat cel puţin o clapetă periferică reglabilă, un capăt al căreia este unit printr-o articulaţie cu suprafaţa palei (4). Clapeta este unită printr-o articulaţie cu un capăt al unei pârghii, capătul opus al căreia este fixat rigid cu un capăt al altei pârghii şi unit printr-o articulaţie cu structura de rezistenţă a palei (4), iar pe capătul liber al pârghiei este fixat un element inerţial. Pârghia este unită printr-un element elastic cu structura de rezistenţă a palei (4).

Description

Invenţia se referă la energetica eoliană, şi anume la turbine eoliene cu ax orizontal, şi poate fi utilizată pentru transformarea energiei eoliene în energia electrică, cu control automat al puterii.

Este cunoscută pala turbinei eoliene cu ax orizontal cu control automat al puterii, pe suprafaţa căreia sunt prevăzute clapete reglabile, poziţia cărora este reglată printr-un mecanism de acţionare, care include un motor electric, un arbore, amplasat în interiorul palei de-a lungul ei şi unit printr-o rolă sau rigid cu elemente de pivotare a clapetelor [1].

Dezavantajul acestei soluţii constă în construcţia complicată, cauzată de mecanismul de acţionare a clapetelor şi de controlul momentului, în care mecanismul de acţionare a clapetelor trebuie să fie pus în acţiune.

Cea mai apropiată soluţie este turbina eoliană, cu ax orizontal, care conţine un turn, o nacelă, un rotor cu trei pale cu profil aerodinamic, pe suprafeţele cărora sunt prevăzute clapete reglabile cu mecanisme de acţionare, cu ajutorul cărora pot fi modificate proprietăţile aerodinamice ale palei [2].

Dezavantajul acestei soluţii constă în construcţia complicată, cauzată de mecanismele de acţionare a clapetelor flexibile.

Problema pe care o rezolvă invenţia constă în simplificarea construcţiei şi majorarea fiabilităţii turbinei eoliene.

Turbina eoliană cu ax orizontal cu control automat al puterii, conform invenţiei, înlătură dezavantajele menţionate mai sus prin aceea că conţine un turn, pe care este instalată o nacelă, în care este montat un rotor cu trei pale cu profil aerodinamic şi un generator electric. Pe suprafaţa aerodinamică a palei, în zona cu efect aerodinamic maxim, este fixată articulat cel puţin o clapetă periferică reglabilă, un capăt al căreia este unit printr-o articulaţie cu suprafaţa palei, totodată clapeta, cu partea din mijloc a ei, din interior, este unită printr-o articulaţie cu un capăt al unei pârghii, capătul opus al căreia este fixat rigid cu un capăt al altei pârghii şi unit printr-o articulaţie cu structura de rezistenţă a palei, iar pe capătul liber al pârghiei este fixat un element inerţial. Pârghia, cu partea laterală a ei, din mijloc, este unită printr-un element elastic cu structura de rezistenţă a palei.

Capătul clapetei poate fi fixat articulat pe suprafaţa aerodinamică a palei din partea bordului de atac sau din partea bordului de fugă ale acesteia.

Particularităţile invenţiei permit înlocuirea mecanismelor de acţionare cu elementele inerţiale simple, care conduc la simplificarea construcţiei. Totodată, elementele inerţiale se activează automat în momentul în care viteza vântului şi, respectiv, turaţia rotorului, depăşeşte valoarea limită, fapt ce majorează fiabilitatea palelor prin evitarea suprasolicitării lor la viteze mari ale vântului.

Rezultatul tehnic al invenţiei constă în fiabilitatea ridicată şi construcţia simplă a turbinei eoliene cu ax orizontal cu control automat al puterii.

Invenţia se explică prin desenele din fig. 1-7, care reprezintă:

- fig. 1, vederea generală a turbinei eoliene cu ax orizontal;

- fig. 2, pala cu clapetă periferică reglabilă în regim închis, capătul căreia este fixat din partea bordului de atac al palei, vederea I din fig. 1, în secţiune;

- fig. 3 pala cu clapetă periferică reglabilă în regim deschis, capătul căreia este fixat din partea bordului de atac al palei, vederea I din fig. 1, în secţiune;

- fig. 4, vederea A din fig. 3;

- fig. 5, pala cu clapetă periferică reglabilă în regim închis, capătul căreia este fixat din partea bordului de fugă al palei, vederea I din fig. 1, în secţiune;

- fig. 6, pala cu clapetă periferică reglabilă în regim deschis, capătul căreia este fixat din partea bordului de fugă al palei, vederea I din fig. 1, în secţiune;

- fig. 7, vederea B din fig. 6.

Turbina eoliană cu ax orizontal cu control automat al puterii (fig. 1-7) conţine turnul 1, pe care este instalată nacela 2 cu posibilitatea rotirii în jurul axei turnului 1. În nacela 2 este montat, cu posibilitatea rotirii în jurul axei sale, rotorul 3 cu trei pale 4 cu profil aerodinamic şi generatorul electric 5. Pe suprafaţa aerodinamică a palei 4, în zona cu efect aerodinamic maxim, este fixată articulat cel puţin o clapetă periferică 6 reglabilă, un capăt al căreia este unit prin articulaţia 7 cu suprafaţa palei 4, din partea bordului de atac (fig. 2, 3, 4), sau din partea bordului de fugă (fig. 5, 6, 7), iar al doilea capăt este liber. Clapeta periferică 6, cu partea din mijloc a ei, din interior, este unită prin articulaţia 8 cu un capăt al pârghiei 9, capatul opus al căreia este fixat rigid cu un capăt al pârghiei 10 şi unit prin articulaţia 11 cu structura de rezistenţă a palei 4. Pe capătul liber al pârghiei 10 este fixat elementul inerţial 12. Pârghia 10, cu partea laterală a ei, din mijloc, este unită prin elementul elastic 13 cu structura de rezistenţă a palei 4.

Turbina eoliană funcţionează în modul următor.

La viteze ale vântului până la cea nominală (de exemplu sub 11-12 m/s) palele 4 au clapetele periferice 6 în stare închisă, fapt ce asigură palei 4 un profil aerodinamic optim în zona respectivă şi efect aerodinamic maxim. În cazul, în care viteza vântului depăşeşte valoarea nominală (de exemplu 15-25 m/s), turaţia rotorului 3 se măreşte, forţele de inerţie ale elementelor inerţiale 12 se măresc, şi prin intermediul pârghiilor 9 şi 10 înving forţa de elasticitate a elementelor elastice 13, deschizând clapetele periferice 6, care modifică profilul aerodinamic al palei 4, diminuând eficienţa de conversie, ceea ce conduce la reducerea turaţiei rotorului 3, astfel protejând palele 4 de suprasarcini mecanice şi de distrugere. De asemenea, apare o anumită componentă a forţei de rezistenţă la interacţiunea clapetelor periferice 6, aflate în stare deschisă, cu curenţii de aer, care conduce la reducerea turaţiilor rotorului 3. În momentul, în care turaţia rotorului 3 revine la limitele valorilor nominale, elementele inerţiale 12 revin la poziţia iniţială, închizând clapetele periferice 6.

Invenţia propusă asigură procesele de frânare mecanic şi aerodinamic ale rotorului turbinei eoliene cu ax orizontal, fiind relativ simplă în vederea controlului puterii turbinei eoliene în cazul depăşirii vitezei nominale a vântului.

1. US 2012269632 A1 2012.10.25

2. US 7293959 B2 2007.11.13

Claims (2)

1. Turbină eoliană cu ax orizontal cu control automat al puterii, care conţine un turn (1), pe care este instalată o nacelă (2), în care este montat un rotor (3) cu trei pale (4) cu profil aerodinamic şi un generator electric (5); pe suprafaţa aerodinamică a palei (4), în zona cu efect aerodinamic maxim (I), este fixată articulat cel puţin o clapetă periferică (6) reglabilă, un capăt al căreia este unit printr-o articulaţie (7) cu suprafaţa palei (4), totodată clapeta (6), cu partea din mijloc a ei, din interior, este unită printr-o articulaţie (8) cu un capăt al unei pârghii (9), capătul opus al căreia este fixat rigid cu un capăt al altei pârghii (10) şi unit printr-o articulaţie (11) cu structura de rezistenţă a palei (4), iar pe capătul liber al pârghiei (10) este fixat un element inerţial (12); pârghia (10), cu partea laterală a ei, din mijloc, este unită printr-un element elastic (13) cu structura de rezistenţă a palei (4).

2. Turbină eoliană, conform revendicării 1, în care capătul clapetei (6) este fixat articulat pe suprafaţa aerodinamică a palei (4) din partea bordului de atac sau din partea bordului de fugă ale acesteia.