MD1715Z - Turbină eoliană cu ax orizontal cu două rotoare coaxiale - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la energetica eoliană, şi anume la o turbină eoliană cu ax orizontal cu două rotoare coaxiale, destinată acţionării mecanismelor rotative, în particular staţiilor de pompare, morilor, gaterelor şi altor instalaţii, precum şi producerii energiei electrice.Turbina eoliană, conform invenţiei, include un rotor principal (1) cu şase palete, fixate radial prin intermediul unor bare pe un arbore cav (3) pentru transmiterea turaţiilor la un mecanism rotativ, şi un rotor auxiliar (2) cu o paletă, fixată pe un arbore (4) pentru transmiterea turaţiilor la un generator electric. Rotorul auxiliar (2) este plasat în partea din faţă a rotorului principal (1) coaxial, totodată arborele (4) este amplasat în arborele cav (3) cu posibilitatea rotirii rotorului principal (1) şi celui auxiliar (2) independent unul de altul şi în aceeaşi direcţie. Lungimea paletei rotorului auxiliar (2) este selectată, astfel încât această paletă la rotire să acopere cu partea periferică partea marginală interioară a paletelor rotorului principal (1).

Description

Invenţia se referă la energetica eoliană, şi anume la o turbină eoliană cu ax orizontal cu două rotoare coaxiale, destinată acţionării mecanismelor rotative, în particular staţiilor de pompare, morilor, gaterelor şi altor instalaţii, precum şi producerii energiei electrice.

Este cunoscută o turbină eoliană cu două rotoare coaxiale, contrarotative şi deflector-confuzor, care este constituită dintr-un ansamblu deflector-confuzor, o elice stânga, o elice dreapta, ambele elice fiind coaxiale şi contrarotative, un ax interior, un ax exterior, ambele axe fiind coaxiale şi contrarotative, care permit funcţionarea turbinei la viteze reduse şi medii ale vântului sub pragul de 4 m/s. Turbinele coaxiale contrarotative produc energie electrică prin acţionarea unui generator electric cu cele două rotoare contrarotative. Elicea stânga şi elicea dreapta sunt identice, realizate şi montate în oglindă. Elicea stânga este amplasată în interiorul deflectorului, iar elicea dreapta este amplasată într-un plan paralel, în spatele confuzorului. Axul interior, acţionat de elicea dreapta, este sprijinit la un capăt - de un rulment, iar la celălalt capăt de alt rulment, amplasat la capătul opus al axului exterior. Axul exterior este fixat prin intermediul rulmenţilor în nacelă [1].

Dezavantajul turbinei eoliene cunoscute constă în formarea unor turbulenţe ale fluxului de aer între cele două rotoare ce au sens contrarotativ, care influenţează negativ randamentul turbinei. Alt dezavantaj constă în utilizarea deflectorului-confuzor, care face construcţia masivă şi care conduce la investiţii şi costuri suplimentare. De asemenea, un dezavantaj este şi acumularea zăpezii în anumite condiţii climaterice în interiorul deflectorului-confuzor.

Cea mai apropiată soluţie este o turbină eoliană cu două rotoare coaxiale, care include un arbore de antrenare rotativ, un prim rotor cu o multitudine de palete, care sunt fixate radial pe un butuc, care este unit cu arborele de antrenare menţionat, şi un al doilea rotor cu o multitudine de palete, fixate radial pe al doilea butuc, mijloace de cuplare a celui de-al doilea butuc la arborele de antrenare a primului rotor pentru rotirea celui de-al doilea rotor în jurul primului, independent unul de altul, un generator electric cuplat la arborele de antrenare, un generator electric conectat la al doilea rotor şi o carcasă. Primul rotor are un diametru mai mic decât diametrul celui de-al doilea rotor. Paletele primului rotor şi celui de-al doilea sunt înclinate pentru rotirea rotoarelor în aceeaşi direcţie. Fiecare rotor pune în funcţiune câte un generator electric [2].

Dezavantajul turbinei eoliene cunoscute constă în aceea că utilizarea a două rotoare cu o multitudine de palete conduce la apariţia turbulenţelor considerabile, totodată utilizarea rotoarelor cu multe palete necesită folosirea unor mecanisme de multiplicare a turaţiilor, care influenţează negativ randamentul.

Problema tehnică pe care o rezolvă invenţia constă în realizarea unei turbine eoliene cu ax orizontal cu două rotoare coaxiale cu un randament al rotorului principal relativ mare, precum şi obţinerea unei surse autonome de energie electrică de la aceeaşi turbină eoliană.

Turbina eoliană cu ax orizontal cu două rotoare coaxiale, conform invenţiei, înlătură dezavantajele menţionate mai sus prin aceea că include un rotor principal cu şase palete, fixate radial prin intermediul unor bare pe un arbore cav pentru transmiterea turaţiilor la un mecanism rotativ, şi un rotor auxiliar cu o paletă, fixată pe un arbore pentru transmiterea turaţiilor la un generator electric. Rotorul auxiliar este plasat în partea din faţă a rotorului principal coaxial, totodată arborele este amplasat în arborele cav cu posibilitatea rotirii rotorului principal şi celui auxiliar independent unul de altul şi în aceeaşi direcţie. Lungimea paletei rotorului auxiliar este selectată, astfel încât această paletă la rotire să acopere cu partea periferică partea marginală interioară a paletelor rotorului principal.

Avantajele obţinute prin aplicarea invenţiei constau în majorarea randamentului rotorului principal al turbinei eoliene cu două rotoare situate coaxial, reducerea turbulenţelor formate de fluxul de aer şi palete, obţinerea unei surse suplimentare de energie de pe aceeaşi turbină eoliană, economisirea resurselor pentru construcţia unui turn suplimentar şi a utilajelor necesare (sistem de pivotare, giruetă, lagăr de rotire în direcţia vântului, elemente de suspendare).

Particularităţile invenţiei constau în aceea că rotorul auxiliar are o singură paletă şi este plasat în faţa spaţiului, format între marginile interioare ale paletelor rotorului principal, în care energia fluxului de aer nu acţionează asupra rotorului principal. Datorită forţei centrifuge ce apare la mişcarea de rotaţie a rotorului auxiliar se expulzează particulele de aer în afara circumferinţei, descrise de paleta rotorului auxiliar la rotire, contribuind la mărirea presiunii pe paletele rotorului principal, respectiv, mărind randamentul acestuia. Datorită lungimii relativ mici şi numărului de palete minim a rotorului auxiliar nu este necesară utilizarea unui multiplicator de turaţii.

Invenţia se explică prin desenele din fig. 1-3, care reprezintă:

- fig. 1, vederea laterală a turbinei eoliene cu ax orizontal cu două rotoare coaxiale;

- fig. 2, vederea A-A din fig. 1.

Problema se soluţionează prin aceea că turbina eoliană cu ax orizontal cu două rotoare coaxiale (vezi fig. 1 şi 2) include două rotoare situate coaxial: rotorul principal 1 cu şase palete, fixate radial prin intermediul barelor pe arborele cav 3 pentru transmiterea turaţiilor la un mecanism rotativ, şi rotorul auxiliar 2 cu o singură paletă, fixată pe arborele 4 pentru transmiterea turaţiilor la generatorul electric. Rotorul auxiliar 2 este plasat în partea din faţă a rotorului principal 1 coaxial. Arborele 4 este amplasat în arborele cav 3 cu posibilitatea rotirii rotorului principal 1 şi celui auxiliar 2 independent unul de altul şi în aceeaşi direcţie. Lungimea paletei rotorului auxiliar 2 este selectată, astfel încât această paletă la rotire să acopere cu partea periferică partea marginală interioară a paletelor rotorului principal 1.

Când viteza vântului depăşeşte 3-4 m/s, rotoarele 1 şi 2 încep să se rotească în aceeaşi direcţie, rotorul principal 1 având turaţii relativ mici, dar un moment de rotaţie mare, iar rotorul auxiliar 2 având turaţii foarte mari, dar un moment de rotaţie relativ mic. Arborii 3 şi 4 sunt executaţi cu posibilitatea transmiterii turaţiilor spre două destinaţii. De exemplu, arborele cav 3 poate pune în funcţiune o pompă de apă, iar arborele 4 - un generator de curent electric.

În timpul rotirii rotoarelor 1 şi 2 se creează două discuri imaginare 5 şi 6 (fig. 2), situate coaxial la fel ca şi rotoarele 1 şi 2, prin care se deplasează particulele de aer ale vântului. Prin secţiunea transversală a discului imaginar interior 5 trece un flux de aer, care pune în funcţiune rotorul auxiliar 2 şi, respectiv, arborele 4. Datorită forţei centrifuge, în timpul rotaţiei rotorului 2, particulele de aer ce se deplasează prin secţiunea transversală a discului imaginar 5 sunt expulzate radial în afara acestui disc, care, ajungând în zona discului imaginar 6, contribuie la mărirea presiunii particulelor de aer pe paletele rotorului principal 1, conducând, respectiv, la mărirea randamentului rotorului principal 1.

1. RO 127313 A0 2012.04.30

2. US 6945747 B1 2005.09.20

Claims (1)

1. Turbină eoliană cu ax orizontal cu două rotoare coaxiale, care include un rotor principal (1) cu şase palete, fixate radial prin intermediul unor bare pe un arbore cav (3) pentru transmiterea turaţiilor la un mecanism rotativ, şi un rotor auxiliar (2) cu o paletă, fixată pe un arbore (4) pentru transmiterea turaţiilor la un generator electric; rotorul auxiliar (2) este plasat în partea din faţă a rotorului principal (1) coaxial, totodată arborele (4) este amplasat în arborele cav (3) cu posibilitatea rotirii rotorului principal (1) şi celui auxiliar (2) independent unul de altul şi în aceeaşi direcţie, iar lungimea paletei rotorului auxiliar (2) este selectată, astfel încât această paletă la rotire să acopere cu partea periferică partea marginală interioară a paletelor rotorului principal (1).