MD681Z

MD681Z - Turbină eoliană

Info

Publication number: MD681Z
Application number: MDS20130028A
Authority: MD
Inventors: Ион БОСТАН; Валериу ДУЛГЕРУ; Виорел БОСТАН; Ион СОБОР; Анатол СОКИРЯНУ; Максим ВАКУЛЕНКО; Олег ЧОБАНУ; Раду ЧОБАНУ; Валериу ОДАЙНЫЙ; Раду КРУДУ; Марин ГУЦУ; Виталие ГЛАДЫШ
Original assignee: Технический университет Молдовы
Priority date: 2013-02-14
Filing date: 2013-02-14
Publication date: 2014-04-30
Also published as: MD681Y

Abstract

Invenţia se referă la energetica eoliană, şi anume la turbine eoliene destinate consumatorilor individuali.Turbina eoliană conţine un rotor cu pale (1) cu profil aerodinamic, fixat într-o gondolă (2), instalată cu posibilitatea rotirii în jurul turnului prin intermediul unui lanţ cinematic constituit din două transmisii cu melc, două roţi-vindroză, amplasate simetric pe un arbore comun de ambele părţi ale gondolei (2), şi un generator de energie (7) electric sau termic, montat între secţiile turnului. Arborele (5) rotorului este legat cinematic cu arborele (6) generatorului de energie (7) prin intermediul unui multiplicator (8) cu roţi dinţate conice (9, 10). Arborele de ieşire (11) al multiplicatorului (8), legat rigid cu roata dinţată conică (10), este legat cu arborele (6) generatorului de energie (7) prin intermediul unui cuplaj (12), unui arbore torsional (13) şi unui cuplaj toroidal cu element elastic (14). O roată melcată a unei transmisii cu melc, care angrenează cu roata melcată a roţilor-vindroză, este instalată rigid pe o carcasă tubulară, fixată cu o flanşă pe capătul superior al turnului. Arborele de ieşire (11) al multiplicatorului (8) este instalat cu posibilitatea rotirii pe lagărele radial-axiale în interiorul carcasei tubulare. Gondola (2) este instalată prin intermediul unui rulment cu role cu autoreglare şi al unui rulment radial pe suprafaţa exterioară a carcasei tubulare cu posibilitatea rotirii în jurul axei turnului.

Description

Invenţia se referă la energetica eoliană, şi anume la turbine eoliene destinate consumatorilor individuali.

Este cunoscută o turbină eoliană cu ax orizontal, rotorul căreia antrenează un încălzitor cu curenţi turbionari. Câmpul magnetic este generat în spaţiul dintre rotorul şi statorul încălzitorului. Căldura generată de rotor este transportată prin curenţii de aer în exterior către beneficiar pentru încălzirea unei case sau a altui spaţiu. Excitarea câmpului magnetic, deci cantitatea de căldură generată este controlată ca funcţie de astfel de parametri, cum ar fi viteza vântului, temperatura mediului ambiant şi temperatura produsă de încălzitorul cu curenţi turbionari. Asigurând transformarea energiei vântului direct în energie termică, soluţia tehnică posedă totuşi o construcţie complicată, bazată pe utilizarea unui întreg sistem de senzori şi oferă posibilităţi funcţionale limitate [1].

Este cunoscută de asemenea o turbină eoliană cu ax orizontal, care include un turn, pe care este instalat un rotor cu pale, amplasat pe un butuc într-o gondolă, instalată cu posibilitatea rotirii în jurul turnului, precum şi un generator electric, arborele căruia este legat direct cu arborele rotorului cu pale, totodată gondola este instalată pe un platou cu posibilitatea rotirii ei în plan orizontal în jurul axei verticale a turnului şi în plan vertical în jurul axei rotorului. În gondolă este instalat un hidrocilindru, carcasa căruia este legată articulat cu platoul la o distanţă stabilită de la axa de rotaţie a rotorului eolian, iar ştocul hidrocilindrului este legat cu gondola. Unghiul de înclinare a gondolei în plan vertical este funcţie de tensiunea generată la bornele generatorului electric, totodată de ambele părţi ale gondolei este amplasată câte o roată-vindroză, instalate pe un arbore comun, legat cinematic cu un mecanism de acţionare cu raport de transmisie mare, cu posibilitatea orientării rotorului cu pale la direcţia vântului. Având o construcţie relativ simplă, soluţia tehnică cunoscută oferă, totuşi, posibilităţi funcţionale relativ limitate, o eficienţă de conversie relativ redusă a energiei vântului în energie utilă [2].

Problema pe care o rezolvă invenţia constă în majorarea eficienţei de conversie, simplificarea construcţiei şi lărgirea posibilităţilor funcţionale.

Problema se soluţionează prin aceea că turbina eoliană conţine un rotor cu pale cu profil aerodinamic, fixat într-o gondolă, instalată cu posibilitatea rotirii în jurul turnului prin intermediul unui lanţ cinematic constituit din două transmisii cu melc, două roţi-vindroză, amplasate simetric pe un arbore comun de ambele părţi ale gondolei, şi un generator de energie electric sau termic, montat între secţiile turnului. Arborele rotorului este legat cinematic cu arborele generatorului de energie prin intermediul unui multiplicator cu roţi dinţate conice, totodată arborele de ieşire al multiplicatorului, legat rigid cu roata dinţată conică, este legat cu arborele generatorului de energie prin intermediul unui cuplaj, unui arbore torsional şi unui cuplaj toroidal cu element elastic. O roată melcată a unei transmisii cu melc, care angrenează cu roata melcată a roţilor-vindroză, este instalată rigid pe o carcasă tubulară, fixată cu o flanşă pe capătul superior al turnului. Arborele de ieşire al multiplicatorului este instalat cu posibilitatea rotirii pe lagărele radial-axiale în interiorul carcasei tubulare. Gondola este instalată prin intermediul unui rulment cu role cu autoreglare şi al unui rulment radial pe suprafaţa exterioară a carcasei tubulare cu posibilitatea rotirii în jurul axei turnului.

Generatorul de energie termic poate fi cu curenţi turbionari sau cu efect de transformare a energiei mecanice direct în energie termică.

Multiplicatorul poate fi selectat astfel încât viteza unghiulară a arborelui de intrare a generatorului de energie să fie mai mare decât viteza unghiulară a rotorului.

Lanţul cinematic „vindroză-gondolă-turn” este dotat cu două transmisii cu melc cu ambii melci de stânga (sau ambii de dreapta), astfel încât roţile-vindroză sub acţiunea curenţilor de aer să se plaseze în zona aval a rotorului aerodinamic, iar roata uneia dintre transmisiile cu melc este instalată fix pe o carcasă tubulară verticală fixată de turn, pe care este amplasată gondola cu posibilitatea rotirii ei în jurul turnului şi, respectiv, al corpului generatorului de energie.

Arborele de ieşire al multiplicatorului cu roţi conice este legat cinematic cu arborele generatorului de energie prin intermediul unui arbore torsional dotat la ambele capete cu câte un cuplaj, unul dintre ele la viteze mari frânând arborele rotorului generatorului de energie.

Turbina eoliană conform invenţiei asigură următoarele avantaje:

- simplitate constructivă, electronic fiind înlocuită cu orientarea aerodinamică, nu include colector de energie, fapt ce-i permite rotorului eolian să se rotească în jurul turnului într-o singură direcţie, orientându-se la direcţia vântului;

- posedă randament sporit de transformare a energiei eoliene în energie utilă (termică), începând cu turaţiile minime ale rotorului, pe când în varianta electrică acumulatoarele se încarcă doar când nrotor eolian>80 min-1;

- de asemenea, turbina eoliană poate transforma energia eoliană în energie termică cu eficienţă sporită şi atunci când nrotor eolian>180 min-1 (în cazul variantei electrice când nrotor eolian>180 min-1 rotorul trebuie scos de sub acţiunea vântului);

- turbina eoliană este mai simplă în exploatare şi mai fiabilă şi poate fi utilizată în zona rurală pentru încălzire.

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

- fig. 1, turbina eoliană cu generator de energie, vedere laterală;

- fig. 2, turbina eoliană cu generator de energie, vedere frontală;

- fig. 3, nodul de legătură a arborelui rotorului eolian cu trei pale cu arborele generatorului de energie;

- fig. 4, nodul I din fig. 3;

- fig. 5, vederea tridimensională a nodului I din fig. 3;

- fig. 6, vederea A din fig. 1;

- fig. 7, secţiunea B-B din fig. 6.

Turbina eoliană conform fig. 1 şi 2 include un rotor cu pale 1 cu profil aerodinamic, fixat într-o gondolă 2, instalată cu posibilitatea rotirii în jurul turnului 3 tubular, executat secţionat, două roţi-vindroză 4, amplasate simetric de ambele părţi ale gondolei. Arborele 5 (fig. 3, 4) al rotorului este legat cinematic cu arborele 6 al generatorului de energie 7 prin intermediul unui multiplicator 8 cu roţi dinţate conice 9, 10. Arborele de ieşire 11 al multiplicatorului 8, legat rigid cu roata dinţată conică 10, este legat cu arborele 6 al generatorului de energie 7 prin intermediul unui cuplaj 12, unui arbore torsional 13 şi unui cuplaj toroidal cu element elastic 14. Arborele 15 (fig. 6, 7), pe capetele căruia sunt instalate roţile-vindroză 4, este legat rigid cu melcul 16 al primei trepte a transmisiei cu melc, care angrenează cu roata melcată 17, instalată rigid pe capătul melcului 18 al treptei a doua a transmisiei cu melc. Roata melcată 19 a treptei a doua a transmisiei cu melc, care angrenează cu melcul 18, este instalată rigid pe o carcasă tubulară 20, fixată cu o flanşă 21 pe capătul superior al turnului 3. Totodată arborele de ieşire 11 al multiplicatorului 8, legat rigid cu roata dinţată conică 10, este instalat cu posibilitatea rotirii pe lagărele radial-axiale 22 în interiorul carcasei tubulare 20. Gondola 2 este instalată prin intermediul unui rulment cu role cu autoreglare 23 şi al unui rulment radial 24 pe suprafaţa exterioară a carcasei tubulare 20 cu posibilitatea rotirii în jurul axei turnului 3. Ambii melci 16 şi 18 sunt de dreapta sau de stânga.

Turbina eoliană funcţionează în modul următor.

La interacţiunea rotorului 1 cu curenţii de aer acesta este antrenat în mişcare de rotaţie, care se transmite arborelui 5. Mişcarea de rotaţie a arborelui 5, multiplicată în multiplicatorul 8 prin cuplul de roţi dinţate conice 9 şi 10, este transmisă arborelui 11, care prin arborele torsional 13 antrenează în mişcare de rotaţie multiplicată rotorul generatorului de energie 7, producând energie electrică, termică cu curenţi turbionari sau termică cu efect de transformare a energiei mecanice direct în energie termică prin forţele de frecare interioară în fluid sau prin diferenţă de presiuni.

La schimbarea direcţiei vântului palele roţilor-vindroză 4 interacţionează cu curenţii de aer, antrenând în mişcare de rotaţie roţile-vindroză 4, instalate rigid pe arborele 15. Mişcarea de rotaţie a arborelui 15 este transmisă melcului 16 şi redusă în transmisiile cu melc ale primei trepte (melcul 16 şi roata melcată 17) şi celei de-a doua trepte (melcul 18 şi roata melcată 19), astfel roţii melcate 19 fiindu-i comunicată o mişcare de rotaţie redusă cu moment de torsiune majorat. Datorită faptului că roata melcată 19 este legată rigid prin carcasa tubulară 20 cu turnul tubular 3 al turbinei eoliene, care este imobil, momentul de torsiune reactiv antrenează în mişcare de rotaţie în jurul axei turnului 3 gondola 2, instalată pe rulmenţi pe carcasa tubulară 20 fixă, până când rotorul va fi orientat la direcţia vântului. În această poziţie roţile-vindroză 4 vor fi scoase de sub acţiunea vântului şi vor înceta să se mai rotească. Procesul se repetă în cazul schimbării direcţiei vântului.

În cazul unor viteze mari ale vântului cuplajul toroidal va asigura frânarea arborelui 6 al generatorului de energie 7.

Datorită executării ambilor melci 16 şi 18 cu direcţia elicei de dreapta sau de stânga este asigurată autofrânarea, excluzând rotirea arbitrară a gondolei 2 în jurul turnului 3.

Astfel, turbina eoliană propusă asigură:

- simplitate constructivă, orientarea electronică la direcţia vântului fiind înlocuită cu orientarea aerodinamică;

- nu include colector de energie, deoarece, orientându-se la direcţia vântului, rotorul eolian se poate roti în jurul turnului într-o singură direcţie;

- randament sporit de transformare a energiei eoliene în energie utilă (termică), începând cu turaţii minime ale rotorului, pe când în varianta electrică acumulatoarele se încarcă doar când nrotor eolian> 80 min-1 ;

- funcţionare cu eficienţă sporită a transformării energiei eoliene în energie termică şi atunci când nrotor eolian> 180 min-1 (în cazul variantei electrice când nrotor eolian> 180 min-1 rotorul trebuie scos de sub acţiunea vântului);

- simplitate în exploatare şi fiabilitate sporită.

1. US 4421967 A 1983.12.20

2. MD 4219 B1 2013.04.30

Claims

1. Turbină eoliană, care conţine un rotor cu pale (1) cu profil aerodinamic, fixat într-o gondolă (2), instalată cu posibilitatea rotirii în jurul turnului (3) prin intermediul unui lanţ cinematic constituit din două transmisii cu melc, două roţi-vindroză (4), amplasate simetric pe un arbore comun (15) de ambele părţi ale gondolei (2), şi un generator de energie (7) electric sau termic, montat între secţiile turnului (3); arborele (5) rotorului este legat cinematic cu arborele (6) generatorului de energie (7) prin intermediul unui multiplicator (8) cu roţi dinţate conice (9, 10), totodată arborele de ieşire (11) al multiplicatorului (8), legat rigid cu roata dinţată conică (10), este legat cu arborele (6) generatorului de energie (7) prin intermediul unui cuplaj (12), unui arbore torsional (13) şi unui cuplaj toroidal cu element elastic (14); o roată melcată (19) a unei transmisii cu melc, care angrenează cu roata melcată (18) a roţilor-vindroză (4), este instalată rigid pe o carcasă tubulară (20), fixată cu o flanşă (21) pe capătul superior al turnului (3); arborele de ieşire (11) al multiplicatorului (8) este instalat cu posibilitatea rotirii pe lagărele radial-axiale (22) în interiorul carcasei tubulare (20); gondola (2) este instalată prin intermediul unui rulment cu role cu autoreglare (23) şi al unui rulment radial (24) pe suprafaţa exterioară a carcasei tubulare (20) cu posibilitatea rotirii în jurul axei turnului (3).

2. Turbină eoliană, conform revendicării 1, caracterizată prin aceea că generatorul de energie termic este cu curenţi turbionari sau cu efect de transformare a energiei mecanice direct în energie termică.

3. Turbină eoliană, conform revendicării 1, caracterizată prin aceea că multiplicatorul (8) este selectat astfel încât viteza unghiulară a arborelui de intrare a generatorului de energie (7) să fie mai mare decât viteza unghiulară a rotorului.