MD934Z - Instalaţie eoliană cu ax vertical (variante) - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la energetică, şi anume la instalaţii eoliene cu ax vertical şi poate fi utilizată pentru transformarea energiei eoliene în energie electrică.Instalaţia eoliană cu ax vertical, conform primei variante, conţine o turbină cu un turn vertical fix (1), pe care este amplasat coaxial un arbore rotitor de bază (4) cu pale elicoidale (5). Pe turn (1) este amplasat coaxial un arbore rotitor suplimentar, cu cel puţin două pale elicoidale pline (9). Instalaţia eoliană mai conţine un generator electric (2), cu statorul (3) căruia este unit rigid arborele (4), iar cu rotorul lui este unit rigid arborele rotitor suplimentar. Rotorul este unit cu turnul (1) printr-un cuplaj unisens. Arborele rotitor de bază (4) şi cel suplimentar sunt legaţi cinematic între ei cu posibilitatea rotirii în direcţii opuse.Instalaţia eoliană, conform variantei a doua, conţine două turbine şi un generator electric.Arborii rotitori de bază şi arborii rotitori suplimentari ai turbinelor sunt legaţi cinematic, prin transmisii conice ortogonale, cu statorul şi cu rotorul generatorului electric, respectiv, din ambele părţi ale acestora.

Description

Invenţia se referă la energetică, şi anume la instalaţii eoliene cu ax vertical şi poate fi utilizată pentru transformarea energiei eoliene în energie electrică.

Se cunoaşte o turbină eoliană cu ax flotant, care include un ax principal şi o serie de rotoare verticale şi orizontale amplasate coaxial. Rotoarele verticale sunt dotate cu pale elicoidale cu profil aerodinamic, amplasate în partea inferioară a turnului. În spaţiul dintre pale sunt plasate suplimentar alte pale pentru eficientizarea construcţiei. Modificarea unghiului de înclinaţie a arborelui principal are drept scop amplificarea capacităţii consumului de putere eoliană de către rotoarele amplasate coaxial [1].

Se cunoaşte, de asemenea, o turbină eoliană cu ax vertical, care conţine un turn vertical fix, pe care este instalat liber un arbore rotitor de bază cu nişte pale, legate cu el rigid, fiecare pală având formă alungită elicoidală şi profil aerodinamic în secţiunea perpendiculară axei longitudinale. În spaţiul dintre pale sunt amplasate suplimentar cel puţin două pale elicoidale, fixate fără spaţiu de un arbore rotitor suplimentar, care este amplasat coaxial cu arborele rotitor de bază şi legat cu el prin intermediul unui cuplaj unisens [2].

Aceste soluţii tehnice prezintă o serie de dezavantaje, cum ar fi construcţia neadaptată a sistemului privind conversia potenţialului maxim de energie din fluxul captat, mai ales în zonele cu potenţial eolian redus, precum şi imposibilitatea sumării momentelor rotoarelor.

Problema tehnică pe care o rezolvă invenţia este simplificarea construcţiei şi sporirea eficienţei de conversie a energiei eoliene în zonele cu potenţial eolian scăzut.

Instalaţia eoliană cu ax vertical, conform primei variante, înlătură dezavantajele menţionate mai sus prin aceea că conţine o turbină cu un turn vertical fix, pe care este amplasat coaxial un arbore rotitor de bază, cu care sunt unite rigid pale elicoidale, executate alungit cu profil aerodinamic în secţiune transversală. Pe turn, în spaţiul dintre pale, este amplasat coaxial un arbore rotitor suplimentar, cu care sunt unite rigid fără spaţiu cel puţin două pale elicoidale pline, şi un generator electric. Arborele rotitor de bază este unit rigid cu statorul, iar arborele rotitor suplimentar este unit rigid cu rotorul, care, la rândul său, este unit cu turnul printr-un cuplaj unisens. Arborii sunt legaţi cinematic între ei cu posibilitatea rotirii în direcţii opuse.

Instalaţia eoliană cu ax vertical, conform variantei a doua, înlătură dezavantajele menţionate mai sus prin aceea că conţine o turbină cu un turn vertical fix, pe care este amplasat coaxial un arbore rotitor de bază, cu care sunt unite rigid o serie de pale elicoidale, executate alungit cu profil aerodinamic în secţiune transversală. Pe turn, în spaţiul dintre pale, este amplasat coaxial un arbore rotitor suplimentar, cu care sunt unite rigid fără spaţiu cel puţin două pale elicoidale pline, şi un generator electric. Instalaţia este dotată cu o a doua turbină. Arborii rotitori de bază ai celor două turbine sunt legaţi cinematic, prin intermediul unor transmisii conice ortogonale, cu statorul, din ambele părţi ale lui, iar arborii rotitori suplimentari ai turbinelor menţionate sunt legaţi cinematic, prin intermediul altor transmisii conice ortogonale, cu rotorul, din ambele părţi ale lui, amplasate coaxial cu primele. Rotoarele fiecărei turbine sunt unite cu turnurile sale prin cuplaje unisens. Arborii fiecărei turbine sunt legaţi cinematic între ei cu posibilitatea rotirii în direcţii opuse.

Rezultatul tehnic al invenţiei constă în fiabilitatea ridicată, construcţia simplă, coeficientul sporit de conversie a potenţialului eolian şi posibilitatea sumării momentelor rotoarelor coaxiale.

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

- fig. 1, vederea generală a instalaţiei eoliene cu ax vertical;

- fig. 2, subansamblurile de bază ale instalaţiei în secţiune longitudinală;

- fig. 3, schema cinematică a instalaţiei, varianta a doua.

Instalaţia eoliană cu ax vertical, conform primei variante, conţine turnul vertical fix 1 (fig. 1, 2), pe care este instalat generatorul electric 2, al cărui stator 3 este unit rigid cu arborele rotitor de bază 4, pe care sunt fixate o serie de pale elicoidale 5, executate alungit cu profil aerodinamic în secţiune transversală. Capetele palelor 5 sunt unite între ele cu un set de bare orizontale 6, iar cu arborele 4 prin elementele de fixare 7 în formă de pale cu profil aerodinamic. Pe turnul 1 este amplasat coaxial arborele rotitor suplimentar 8, pe care sunt fixate palele elicoidale pline 9 ale rotorului Savonius. Arborele 8 este unit prin intermediul cuplajului 10 cu rotorul 11 al generatorului electric 2. Pe arborele 8 este montată roata dinţată cilindrică 12, care se angrenează cu roţile dinţate 13, fixate rigid pe axurile 14, care sunt unite rigid cu arborele 4. Rotorul 11 este, de asemenea, legat cu turnul 1 prin intermediul cuplajului unisens 15.

În varianta a doua, instalaţia este dotată cu o a doua turbină (fig. 3), arborii 4 ai celor două turbine fiind legaţi cinematic, prin intermediul transmisiilor conice ortogonale 16, cu statorul 3, din ambele părţi ale lui, iar arborii 8 ai turbinelor menţionate sunt legaţi, prin intermediul transmisiilor conice ortogonale 17, cu rotorul 11, din ambele părţi ale lui. Rotoarele 11 ale fiecărei turbine sunt unite cu turnurile sale 1 prin cuplajele unisens 18.

Instalaţia eoliană cu ax vertical funcţionează în modul următor.

Sub acţiunea curenţilor de aer la viteze mici ale vântului palele 9 antrenează în mişcare de rotaţie arborele 8, care, la rândul său, roteşte rotorul 11. Totodată, arborele 8, prin intermediul roţilor dinţate 12 şi 13 şi al axurilor 14, antrenează în mişcare de rotaţie arborele 4 al rotorului Darrieus în direcţie opusă rotorului Savonius. Mişcarea de rotaţie a arborelui 4 este transmisă statorului 3, unit rigid cu el, antrenându-l în mişcare de rotaţie în direcţie opusă rotorului 11, asigurând generatorului electric 2 o turaţie de lucru sumară înaltă. Palele 5 cu profil aerodinamic sunt orientate astfel încât să susţină mişcarea de rotaţie în direcţie inversă arborelui 4.

Atunci când momentul de torsiune al arborelui 4 va fi mai mare decât al arborelui 8, cuplajul unisens 15 va bloca arborele 8, asigurând rotirea în continuare a arborelui 4. La reducerea vitezei vântului, momentul de torsiune al arborelui 4 se reduce, asigurând demararea rotirii în direcţie inversă a arborelui 8.

În varianta a doua, mişcarea de rotaţie a arborilor 4 ai celor două turbine se transmite statorului 3 prin transmisiile 16, iar mişcarea de rotaţie a arborilor 8, în direcţie inversă, se transmite rotorului 11 prin intermediul transmisiilor 17, asigurând astfel o funcţionare eficientă a generatorului electric 2. Cuplajele 18 reglează funcţionarea comună a arborilor 4 şi 8.

Soluţia tehnică propusă permite utilizarea mai eficientă a energiei vântului prin rotirea în direcţii opuse a arborilor instalaţiei eoliene cu ax vertical.

1. EP 1407139 B1 2004.04.14

2. MD 3817 C2 2009.11.30

Claims (2)

1. Instalaţie eoliană cu ax vertical, care conţine o turbină cu un turn vertical fix (1), pe care este amplasat coaxial un arbore rotitor de bază (4), cu care sunt unite rigid pale elicoidale (5), executate alungit cu profil aerodinamic în secţiune transversală, totodată pe turn (1), în spaţiul dintre pale (5), este amplasat coaxial un arbore rotitor suplimentar (8), cu care sunt unite rigid fără spaţiu cel puţin două pale elicoidale pline (9), şi un generator electric (2), caracterizată prin aceea că arborele (4) este unit rigid cu statorul (3), iar arborele (8) este unit rigid cu rotorul (11), care, la rândul său, este unit cu turnul (1) printr-un cuplaj unisens (15); arborii (4, 8) sunt legaţi cinematic între ei cu posibilitatea rotirii în direcţii opuse.

2. Instalaţie eoliană cu ax vertical, care conţine o turbină cu un turn vertical fix (1), pe care este amplasat coaxial un arbore rotitor de bază (4), cu care sunt unite rigid o serie de pale elicoidale (5), executate alungit cu profil aerodinamic în secţiune transversală, totodată pe turn (1), în spaţiul dintre pale (5), este amplasat coaxial un arbore rotitor suplimentar (8), cu care sunt unite rigid fără spaţiu cel puţin două pale elicoidale pline (9), şi un generator electric (2), caracterizată prin aceea că este dotată cu o a doua turbină; arborii (4) celor două turbine sunt legaţi cinematic, prin intermediul unor transmisii conice ortogonale (16), cu statorul (3), din ambele părţi ale lui, iar arborii (8) turbinelor menţionate sunt legaţi cinematic, prin intermediul altor transmisii conice ortogonale (17), cu rotorul (11), din ambele părţi ale lui, amplasate coaxial cu primele; rotoarele (11) fiecărei turbine sunt unite cu turnurile (1) sale prin cuplaje unisens (18); arborii (4, 8) fiecărei turbine sunt legaţi cinematic între ei cu posibilitatea rotirii în direcţii opuse.