NO843456L - Turbin for omsetning av spesielt vindenergi - Google Patents

Description

.Turbin for omsetning av spesielt vindenergi.

Foreliggende oppfinnelse vedrører en turbin for omsetning av spesielt vindenergi ifølge innledningen av krav 1.

Turbiner av nevnte type er f.eks. kjent fra DE-PS 518 733

og fra FR-PS 921 518. På slike turbiner kan strømningsfang-bladene innstilles optimalt etter vindstrømningen under sitt omløp ved hjelp av stenger fra rotorens sentrum, men hele inn-stillingsmekanismen blir relativt komplisert og vektbelastende for rotoren.

På lignende måte fungerer en vindturbin ifølge US-PS 1 139 103, hvor innstillingen skjer ved hjelp av dobbelt snortrekk, av hvilke det ene til enhver tid er fjærbelastet og det andre må føres langs en tilsvarende utformet kurveføring. Dersom denne turbin overhodet skal være funksjonsdyktig, blir den dyr og komplisert i sin oppbygning for at selvjusteringen av strømningsfangbladene skal virke.

Ved konstruksjon av slike turbiner må man videre ta hensyn til følgende: Strømningsfangblader med mindre slanke, symme-triske dråpetverrsnitt (slankhetsgraden er.definert ved forholdet mellom tverrsnittets to hovedakser) er riktignok selvstartende (dvs. hele rotoren), men har imidlertid en tilsvarende stor motstand som hindrer en høyest mulig omløpshas-tighet. Meget slanke fangbladprofiler gir derimot mindre motstand slik at en rotor utstyrt med slike kan oppnå meget høye omløpshastigheter som kan ligge flere ganger over den • egentlige vindhastighet, men slike rotorer kan ikke starte av seg selv, slik at man må ty til egnede forholdsregler og til-leggsutrustning for slike rotorer (hjelpedrift). Bortsett fra dette vil anvendelse av selvstartende profiler naturligvis føre til større vektbelastning.

Oppfinnelsen har derfor til hensikt å forbedre en turbin av den innledningsvis nevnte type på en slik.måte at til tross for anvendelse av lette strømningsfangblader,som gir liten motstand og høy omløpshastighet, likevel starter av seg selv og uten at den trenger noen dyr og vektbelastende styring fra rotorens sentrum.

Denne oppgave løses ved en turbin av den innledningsvis nevnte type slik det er angitt i karakteristikken av krav 1., Fordelaktige videreutviklinger er angitt i underkravene..

Ved løsningen ifølge oppfinnelsen foreligger det kun til en viss grad en tykk strømningsprofil, som imidlertid på begge veggflater av en slik profil er redusert, dvs., at strømnings-fangbladet består av to forskjøvet anordnede flater som i omløpsretningen, hhv. i forhold til innstrømningen, har en viss forskyvning i forhold til hverandre, idet de to flater i ekstreme tilfeller kan være plane flater..

Det hår overraskende vist seg at en slik utformet turbin, åpenbart på grunn av den, ovennevnte profil (i betydningen piro-filtverrsnitt) og den derav følgende motstandsreduksjon, kan oppnå ekstremt høye omdreiningstall (naturligvis avhengig av den rådende innstrømningshastighet av det drivende medium)

og uten videre starter av seg selv, selv om det i grunnen ikke foreligger noen selvstartende profil (dvs. med mindre slank dråpeprofil).

Slik det senere skal forklares nærmere, tenker man seg videre-utviklede, fordelaktige utførelsesformer som bidr<;>år til opti-malisering av energiomsetningen.

Turbinen ifølge oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følg-ende under henvisning til de utførelseseksempier som er vist på tegningene. Fig. 1 er et grunnriss av turbinen;

Fig. 2 viser turbinen i sideriss ;.

Fig. 3 viser en annen utførelsesform av turbinen;.

Fig. 4 viser et strømningsfangblad i sideriss.;.

Fig. 5-10 viser grunnriss av forskjellige utførelsesformer av strømningsfangbladene; og

Fig. 11 viser en spesiell utførelsesform av rotoren.

I utgangspunktet gjøres oppmerksom på at turbinens rotor kan være forsynt med et strømningsfangblad (og da nødvendigvis med en tilsvarende motvekt), men at den også kan være forsynt med flere strømningsfangblader. Som kjent kan også rotoren som helhet være anordnet innstillbar i retning oppover og nedover på en turbinmast 8.

Grunnprinsippet for turbinen eller str0rnningsfangbladen.es ut-formning fremgår av fig. 1, hvor det i .foreliggende tilfelle med strømningsfangblad menes at disse består av to flater 2, 3.

De to flater 2, 3 kan fortrinnsvis, men ikke nødvendigvis, være.festet til en felles rotorarm, idet rotoren ifølge fig. 1

o'1

består av tre rotorarmer 4 innbyrdes forskjøvet 120 , hvilken rotor dreier rotoraksen 5. Ved den viste innbyrdes forskyvning av flatene 2, 3 virker flaten 2 som forvinge 2' til flaten 3, idet begge flater begrenser en gjennomstrømningskanal 6. Som betegnet med 1' og angitt med brutt linje på fig. 1,

utgjør flatene 2, 3 praktisk talt de ytre begrensningsflater av et bærevingetverrsnitt.

Strømningsfangbladenes 1 flater strekker seg i arbeidsstilling omtrent loddrett på tegningsplanet, men kan.eventuelt også være dreibare, slik pilen 9 på fig. 2 antyder, om f.eks. å kunne svinges til stormsikringsstilling 10. På fig. 2 er det kun anordnet et strømningsfangblad 1 i forbindelse med en tilsvarende motvekt 11, som eventuelt også kan bestå av to små flater med tilsvarende vekt..

Ved anordning av to eller flere strømningsfangblader 1 kan det ved innstillbarhet av rotorarmen 4 sørges for at strøm-ningsf angbladene 1 i arbeidsstilling roterer i separaté om-løpsrom (fig. 3) for ikke å forstyrre hverandre, dvs. for ikke

å ta "vinden ut av seilene" for hverandre.

På fig. 4, 5 er det vist et strømningsfangblad 1 hvor legemet 12 praktisk talt ikke har noen lengde loddrett på tegningsplanet, men dette har kun flatene 2, 3, hhv. forvingen 2'. Forvingen 2' kan være innstillbar ved hjelp av innstillings-elementer 13 som er anordnet ved legemet 12 og rotorarmen 4

og virker på grunn av sentrifugalkraften.

På. fig. 6 - 8 er det likeledes vist to forskjøvet anordnede flater 2, 3 som sitter på legemet 12, som på sin side er fes-tet til enden av rotorarmen 4. Legemet er på fig. 6 begrenset dreibar om aksen 14, idet sentrifugalkraftregulerte ende-begrensningselementer 15 sørger for at hele strømningsfang-bladet 1 holdes fast i optimal arbeidsstilling (den skraverte stilling av endebegrensningselementene 15).

Ved utførelsesformen ifølge fig. 7 oppnås denne endestilling ved hjelp av en bladfjæranordning 16 som for start av rotoren sprer de to flater 2, 3 bakentil og trykker dem samrrlen i pil-retningen foran. Ved tilstrekkelig høyt omdreiningstall vil sentrifugalkraften innvirke på flatene 2, 3 (den vil være størst foran på 2 og bak på 3), hvorved de to flater presses til den viste stilling ved dreining om aksene 14'.

Utførelsesformen ifølge fig. 10 følger grunnprinsippet beskrev-et foran, men avviker for øvrig ved at flaten 3 er delt i to og dennes bakre del 3' er begrenset svingbar sammen med forvingen 2', idet den fremre del av flaten 3 er fast forbundet med rotorarmen.

Når det gjelder innstillingselementene 13 på fig.. 5 for forvingen 2', kan disses innstilling bevirkes ved at man for-syner sylinderrommet for det lille innstillingsstempel 13 '■

med en oppstuvningsdyse 13" som vender mot innstrømningsret-ningen.

Når det gjelder fig. 7-9 kan innstillingen av de to ..flater 2, 3 også skje ved hjelp av en sentrif ugalkraf tregulator 17, slik fig. 8 viser, idet det hva fig. 9 gjelder skal henvises til at de to flater 2, 3 bare kan forskyves radialt i forhold til rotoraksen 5. 12 er derved igjen kun strømningslegeme, som kun sitter på rotorarmen og som bærer flatene 2, 3, og som praktisk talt ikke har noen lengdeutstrekning loddrett på tegningsplanet.

Til fig. 10 er videre å bemerke at også her pådrar en oppstuv-ningstrykkdyse (ikke vist) endebegrensningselementene 15 ..

Så snart pppstuvningstrykket er stort nok, befinner stempel-stangen seg med sin ende i toppunktet av den viste trekantut-sparing, hvorved forvingen 2' og den bakre del 3' som i dette tilfelle sammen danner en innstillingsenhet, befinner seg i optimal arbeidsstilling ved høyeste omdreiningstall..

Fig. 11 er en spesiell utf ørelsesf orm av rotoren som må. ses

i sammenheng med fig. 3, dvs. at rotorarmen 4 for flatene' 2, 3 (på h<y>er rotorarmende sitter — ikke vist - et par av flatene 2, 3) er tilordnet en kort rotorarm 4' som er saks-aktlg dreibart anordnet for utsvingning av motvekter . i'11. i av-hengighet av omdreiningstallet.

Sammenfatningsvis er oppfinnelsens grunntanke virkeliggjort ved den beskrevne utførelse av turbinen, nemlig å erstatte en tykk, selvstartende profil med to innbyrdes forskjøvet anordnede tynne profiler eller flater 2, 3, som i seg ■ selv alene ikke muliggjør selvstarting eller som kun muliggjør dette ved en tilsvarende innstilling fra rotorens sentrum,, og som kun gir minimal motstand ved høye omdreiningstall.

Endelig er det å si i forbindelse med fig...3 at rotoren er forsynt med et svinghjul 8" og i større eller mindre grad er lagret på masten 8 og eventuelt kan være koblet til en gene-rator på bakken via én leddaksél 8'.

Claims (9)

1. Turbin for omsetning av spesielt vindenergi til andre, energiformer, bestående av en på en mast dreibart lagret hori-sontalrotor på hvilken i det minste et strømningsfangblad er vertikalt anordnet, karakterisert ved at det i det minste ene strømningsfangblad. (1) er dannet av to flater (2, 3)-, og at den ene av de to flater på i det minste en rotorarm (4), i forhold til den andre flate er anordnet radialt forskjø vet og/eller i det minste delvis bak denne.

2. Turbin ifølge krav 1, karakterisert ved at den som forvinge (2 <1> ) virkende flate (2) har mindre radial avstand fra rotoraksen (5) enn den andre flate (3).

3. Turbin ifølge krav 1 og/eller 2, karakterisert ved at minst én av de to flater (2, 3) er inn— r stillbart anordnet i forhold til sin lengdeakse på rotorarmen (4) .

4. Turbin ifølge krav 1-3, karakterisert v e d at forvingen (2') med sin flate (2) og den andre flate (3) danner en gjennomstrømningskanal (6).

5. Turbin ifølge krav 3 og/eller 4, karakterisert ved at den i det minste ene innstillbare flate (2, 3) er forsynt med innstillingsbegrensningselementer.,

6. Turbin ifølge et av kravene 1-5, karakterisert ved at ved anordning av minst to 'strømningsfang-blader (1) på rotoren (4-) er hvert blad på rotoren anordnet slik at det gjennomløper et eget rom som ikke forstyrres av andre strømningsf angblader.,'

7.. Turbin ifølge, krav 6, karakterisert ved at rotorarmen (4) er innstillbart anordnet på sin rotor-akse (.5) .

8. Turbin ifølge et av kravene 1 - 7, karakter' i- s e r t v e d at det av to flater (2, 3) dannede strømnings— fangblad (1) er anordnet dreibart i forhold til sin lengdeutstrekning på enden av rotorarmen (4)..

9.. Turbin ifølge krav 1, spesielt for vann, karakterisert ved at forvingen (2') og den nedstrøms del (3') av den andre flate (3), i forhold til den oppstrøms del av den andre flate (3) er anordnet sammen på rotorarmen (4) .