NO840033L - Turbin - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en turbin ifølge hovedkravets innledning. At man har valgt det generelle begrep turbin, skyldes at turbinen ifølge oppfinnelsen også kan benyttes i en vannstrøm ved tilsvarende tilpasning. For enkelhets skyld er det imidlertid i det følgende henvist til det fore-trukne anvendelsesområde for utnyttelse hhv. omsetning av vindkraft.

Den byggetype som er kjent som såkalt Darrieus-turbin har, på grunn av vindretningsuavhengighet og liten byggehøyde, mekaniske fordeler. På grunn av små omdreiningstall, som ligger på ca. 5 - 7, er imidlertid drifts-området vesentlig mindre enn for aksialturbiner, hvis omdreiningstall ligger mellom 8 og 13. Darrieus-turbinen 'krever alltid starthjelp, hvorved det fortrinnsvis som til-leggsrotor benyttes et såkalt Savonius-hjul, som gir den nødvendige starthastighet, slik at det kan utvikles en aerodynamisk oppdriftskraft. Ved overskridelse av sin spesi-fikke utgangshastighet trenger startrotoren energi, idet turbinen da går over til å arbeide som vifte.

Videre er det kjent en kombinasjons av impuls- og reaksjons-turbin som starter automatisk ved små vindhastig-heter, og som senere, ved tilstedeværelsen av en minste-hastighet, for dannelse av en aerodynamisk oppdrift, redu-serer svingeområdet fortrinnsvis ved hjelp av sentrifugal-kraftstyring.

Denne byggemåte betyr en stor forbedring ved de vanlige Darrieus-turbiner, men fortsatt foreligger ulempen med liten anvendelsesbredde sammenlignet med aksialturbiner.

Turbiner av den innledningsvis nevnte type er vel-kjent, eksempelvis fra DE-PS 518 733, FR-PS 921 518 og US-PS 1 139 103.

Ved alle disse turbiner bestreber man seg på opti-mal innstilling av skovlene i forhold til strømnings-retningen.

Under en omløpsfase er det imidlertid praktisk talt uunngåelig at det oppstår en viss bremse-effekt i området som løper mot vindretningen, noe som vil kunne'.være årsak til- at det bare har kunnet oppnås verdier av størrelses-_J ordenen fra 1:6 til maksimalt 1:8 for forholdet vindhastig-het til omløpshastighet. Årsaken til dette vil også i det vesentlige skyldes at skovlene ved gjennomløp av en sirkel-bane forblir i sirkelbanen, og, for så vidt det inntreffer en omstilling, også for- og bakkantene av skovlene gjennom-løper tilsvarende forskutte sirkelbaner.

Herfor er det uten videre mulig å sørge for tilsvarende innstillinger og gunstige omløpsbaner. Fortsatt vil imidlertid det forhold foreligge at dét skovlblad som gjennomløper den på innstrømningssiden fremre halvdel av omløpsbanen tvungent forstyrrer strømningen for det blad som løper i den bakre halvdel av omløpsbanen.

Til grunn for oppfinnelsen ligger således den oppgave å forbedre en turbin av den innledningsvis nevnte type på en slik måte at det oppnås enda gunstigere omsetnings-forhold med hensyn til forholdet innløpshastighet/omløps-hastighet.

Ved en turbin av den innledningsvis nevnte type blir denne oppgave ifølge oppfinnelsen løst som angitt i karak-teristikken av krav 1. Fordelaktige ytterligere trekk vil fremgå av underkravene.

Herved er det vesentlig, bortsett fra stormsikker-hetsinnstillinger, som det også vil bli gått inn på, at hvert skovlblad kan gjennomløpe et av et annet skovlblad uforstyrret, hhv. vidtgående uforstyrret luftrom, som,

alt etter utformningen av det aktuelle skovlblad, i det vesentlige har form av en sylinder.

Forsøk har vist at det på denne måte kan oppnås omløpshastigheter som praktisk talt tilsvarer treogtyve ganger vindhastigheten.

Det hele er naturligvis ikke begrenset til anordningen av to skovlblad, idet det også kan anordnes flere enn to skovlblad på turbinen.

Selv om hvert skovlblad naturligvis kunne være anordnet på en separat rotorarm (med motvekt), er det å foretrekke en utformning med hensyn til rotorarm/skovlblad i henhold til krav 2.

Turbinen ifølge oppfinnelsen og ytterligere fordel-akjtige utførelsesf ormer vil i det følgende bli forklart _| ..nærmere ved hjelp av utførelseseksempler som vist på de vedføyede tegninger, hvor

fig. 1-3 skjematisk viser en foretrukken ut--førelsesform av turbinen og i forskjellige stillinger,

fig. 4 og 5 viser spesielle utførelsesformer av skovlbladet, og

fig. 6 og 7 viser en ytterligere spesiell utførelses-r _form av turbinen.

Grunnprinsippet for turbinen vil uten videre fremgå av fig. 1. Rotoren 2 består av en rotorarm 2' anordnet sentralt til dreieakselen 4, og på hvis frie ender skovl-bladené 1 er anordnet. Rotorarmen 2' er anordnet skrånende til dreieakselen 4, således at hvert av de to skoviblad 1 i denne stilling har til rådighet hhv. gjennomløper et andre rom 3. Herved oppnås at de to blad 1 i enhver stilling skjærer gjennom en strømning som i vidtgående grad er uforstyrret av det annet blad. Ved denne utførelsesform er det spesielt enkelt å gjennomføre en stormsikring, idet det ganske enkelt kan bevirkes en horisontalstilling av rotor^-årmen 2<!>(fig. 2) og en vippestilling av skovlbladene 1,

som vist på fig. 3.

For slike innstillinger står uten videre egnede inn-stillingsmidler hhv. omstillingsmidler til rådighet, hvilke ikke behøver å belyses nærmere. Det skal kun nevnes at slike innstillinger kan bevirkes ved hjelp av sentrifugalkraft-elementer. Med henblikk på de oppnåelige høye omløpshastig-heter og den derved krevede rolige gang, er det fordelaktig å opplagre dreieakselen 4 pendlende i et pendellager 4' og å anordne en rotormotvekt 5 på den nedre ende av dreieakselen, hvilken rotormotvekt f.eks. kan være utformet som en skive, og ved tilsvarende høye omdreiningstall virker som et sving-hjul som sørger for stabiliseringen av hele anordningen og dessuten også for et mest mulig konstant omdreiningstall.

Som det fremgår av fig. 1-3, kan den nedre ende

av dreieakselen 4 hhv. rotormotvekten 5 ved hjelp av en kardanaksel 9 eller en bøyelig aksel være forbundet med en generator 10 som er anordnet på underlaget.

Som vist på fig. 6, er det ikke absolutt nødvendig _L fig. 6, J J å anordne turbinen på hhv. i en mast (fig. 1 - 3), idet rotoren også, naturligvis under mellomkobling av dreie-forbindelser 11, kan være forsynt med en forankringskabel 6 til underlaget og oventil med en bærekabel 8 som bæres av et svevelegeme 7.

For oppnåelse av en økning av omløpshastigheten

har det vist seg spesielt fordelaktig med en utformning av skovlbladene som vist på fig. 4 og 5, nemlig således at

man innstiller de frie ender 1' forover med hensyn på dreieretningen og krummer skovlbladet ifølge fig. 5 slik at krumningsradien bli større i innløpsområdet på enden av rotorarmen 2' enn på den frie ende 1' av bladet 1.

Turbinens grunnprinsipp som vist på fig. 7 kan også gjennomføres på enkel måte, idet en halvdel av rotorarmen 2' og skovlbladet 1 her så å si danner en aerodynamisk enhet, og hvor rotorarmene og skovlbladet ved sin skråstilling likeledes dreier i forskjellige rom. Ved tilsvarende utformning av rotorarmene 2' med form av en .vingeprofil, dreier disse likeledes, slik det har vist seg, med høye hastigheter, og det selv om det,i motsetning til hva som er vist, ikke er anordnet noen skovlblad 1 på rotorarmene 2', idet rotorarmen 2' da så å si selv virker som skovlblad.

Claims (8)

1. Turbin, spesielt vindturbin for omsetning av energien i en fritt innstrømmende strømning, bestående av en om en vertikal akse dreibar rotor med skovlblad,karakterisert vedat hvert skovlblad (1) på rotoren (2) er slik anordnet på rotoren med hensyn på sin omdreiningsbane at det gjennomløper et eget.rom (3) som da er uforstyrret av det annet skovlblad, at skovlbladene (1) er anordnet på endene av en felles rotorarm (2,) og at denne er anordnet skråstilt i forhold til dreieakselen (4).

2- Turbin ifølge krav 1,karakterisertved at rotorarmen (2,) er anordnet innstillbar i forhold til sin dreieaksel (4).

3. Turbin ifølge krav 1,karakterisertved at skovlbladene (:1) er anordnet -vdppbare på endene av rotorarmen (2,).

4. Turbin ifølge krav 1,karakterisertved at hvert skovlblad (1) er forsynt med en slik flate-krumning at krumningsradien er større i innløpsområdet ved enden av rotorarmen enn ved bladets frie ende (fig. 5).

5. Turbin ifølge krav 1,karakterisertved at de frie ender (1') av hvert skovlblad (1) er anordnet foroverstilt i forhold til dreieretningen.

6. Turbin ifølge krav 1,karakterisertved at rotorens (2) dreieaksel (4) er opplagret pendlende, og at det i akselens nedre ende er anordnet en rotormotvekt (5) .

7 Turbin ifølge krav 1, karakterisertj ved at rotorens (2) rotorarmer (2') er utformet som skovlblad med vingelignende tverrsnittsprofilering.

8. Turbin ifølge krav 7,karakterisertved at rotorarmene (2') véd sine ender er forsynt med skovlblad (1), og at armer (2') og blad (1) er utformet som en aerodynamisk vinkelvinge-enhet (fig. 7).