PL208548B1 - Siłownia - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest siłownia przeznaczona do wytwarzania energii elektrycznej przy wykorzystaniu energii przepływającej wody w odmianie przeznaczonej do siłowni wodnej lub energii wiatru w odmianie przeznaczonej do siłowni wiatrowej.

Z polskiego opisu patentowego P.304233 znana jest elektrownia hydro-powietrzna wykorzystująca ciśnienie powietrza wytwarzane przez falowanie wody. Elektrownia ma komorę o dowolnym kształcie bez dna ze szczelną pokrywą w górnej części wyposażoną w dwa zawory: ssący i wydechowy, poprzez które przedostaje się powietrze do komory podczas opadania fal i wydostaje się z komory podczas podnoszenia fal. Ilość komór może być dowolna. Komory połączone są dwoma rurociągami z turbiną powietrzną , przy czym jeden rurocią g łączy zawór ssą cy z częścią odlotową turbiny powietrznej a drugi rurociąg łączy zawór wydechowy z częścią dolotową turbiny powietrznej. Niedogodnością rozwiązania jest niecelowość zastosowania go na rzekach z uwagi na nieznaczne falowanie przepływającej w rzece wody oraz brak możliwości wykorzystania do napędu wiatru.

Z opisu patentowego PL191848 znany jest pływający zespół prądotwórczy wykorzystujący energię wodną cieku naturalnego. Zakotwiczony do stałego elementu cieku zespół prądotwórczy ma pomiędzy pływającymi kadłubami umieszczone turbiny wodne połączone z tarczowo ukształtowanymi elementami wirującymi generatora prądu. Wirnik i wirujący stojan połączone są naprzemiennie z kolejnymi turbinami wodnymi występującymi najkorzystniej w nieparzystej liczbie.

Niedogodnością rozwiązania jest brak możliwości wykorzystania do napędu energii wiatru.

Z polskiego opisu patentowego P.354542 znana jest elektrownia wodno-wiatrowa, na której konstrukcji nośnej zamocowana jest turbina oraz prądnice. Konstrukcja nośna zbudowana jest z podpór zwieńczonych u góry podestem, przez który przechodzi wał napędowy turbiny. Wał napędowy turbiny od góry sprzężony jest z wałem wiatraka, natomiast od dołu w wałem korbowym, na którym za pośrednictwem cięgien zawieszony jest pierścień rurowy. Do wału korbowego oraz pierścienia rurowego zamocowane są za pośrednictwem cięgien dwie pływające platformy, z których jedna położona jest po wewnętrznej stronie zapory wyższej, zaś druga po wewnętrznej stronie zapory niższej. Platformy pływające unosząc się lub opadając wskutek przybierania lub opadania wody pomiędzy zaporami powodują zamknięcie lub otwarcie upustów w zaporach a tym samym przechylanie się pierścienia rurowego. Ruch pierścienia rurowego przenoszony jest na wał korbowy, z którego uzyskuje się ruch obrotowy wału napędowego pośrednio współpracującego z prądnicą

Wadą rozwiązania jest konieczność zbudowania dwóch zapór na cieku wodnym. Z opisu patentowego US4382190 znana jest siłownia wiatrowa wyposażona w konstrukcję nośną, zespół napędowy o pionowej osi obrotu i prądnicę. Zespół napę dowy ma dwa wirniki pracujące w równoległych płaszczyznach. Jeden wirnik zespołu napędowego napędza wirnik prądnicy, a drugi wirnik zespołu napędzającego napędza stojan prądnicy. Podane rozwiązanie dotyczy napędu wiatrowego może być adaptowane do siłowni wodnej, ale tylko do siłowni wodnych na rzekach o zbliżonym do stałego przepływie wody. Z opisu patentowego EP1467093 znany jest generator do turbiny wodnej z przeciwnie obracającymi się rotorami. Zespół zanurzonych w wodzie łopatek pod wpływem przepływu rzeki powoduje obracanie się wału. Na wale osadzony jest na stałe wirnik prądnicy oraz -na* napędowe koło zębate oraz obrotowo poprzez obsady łożysk stator i zespół z kołami zębatymi przekazującymi napęd z napędowego koła zębatego na odbiorcze koła zębate mocowane do statora. Zespół kół zębatych powoduje obracanie się w przeciwnych kierunkach wirnika i stojana. Rozwiązanie oznacza się zmienną sprawnością przy zmianach poziomu wody w rzece.

Istotą siłowni według wynalazku jest to, że oba układy napędowe poprzez przekładnię napędową napędzają wspólnie jeden wał wirnikowy z osadzonym na nim wirnikiem. Na wale wirnikowym osadzone jest na stałe stożkowe koło zębate przekazujące poprzez pośrednie stożkowe koło zębate napęd na odbiorcze stożkowe koło zębate osadzone obrotowo na wale wirnikowym i przytwierdzone do stojana prądnicy. Stożkowe koło zębate, pośrednie stożkowe koło zębate i odbiorcze stożkowe koło zębate stanowią przekładnię prądnicową. Wał wirnikowy osadzony jest obrotowo w obsadach łożyskowych przytwierdzonych poprzez nośniki do konsoli. Każdy układ napędowy ma, co najmniej dwie pary łopat, które w każdej parze są prostopadłe względem siebie i przytwierdzone są niesymetrycznie do wałka łopatowego osadzonego obrotowo w obsadach wałka łopatowego. Korzystnie, w odmianie przeznaczonej do sił owni wodnej, sił ownia ma przesuwny pionowo sił ownik, do którego płyty nośnej przytwierdzona jest listwa zębata współpracująca z, osadzonym na wałku w obejmie listwy zębatej mocowanej do płyty wierzchniej, przesuwnym kołem zębatym współpracującym poprzez

PL 208 548 B1 wałek i pośrednie koło zębate z napędowym kołem zębatym mocowanym obrotowo do wspornika przytwierdzonego do płyty wierzchniej siłownika i współpracującym z zespołem łopatek.

Korzystnie, w odmianie przeznaczonej do siłowni wiatrowej, łopaty zawierają przymocowane do wałka łopatowego płaty stałe ze szczelinami i z prowadnicami, w których mocowane są przesuwnie, wyposażone w szczeliny, płaty ruchome, zaś na końcach wałka łopatowego zamocowane są amortyzatory.

Zaletą siłowni według wynalazku jest możliwość zastosowania rozwiązania zarówno w siłowni wodnej jak i wiatrowej. Rozwiązanie z dwoma przeciwbieżnie pracującymi układami napędowymi oraz przekazanie napędu nie tylko do wirnika prądnicy, ale i do jej stojana sprawia, że siłownia charakteryzuje się dużą sprawnością oraz niskimi kosztami eksploatacji. Zastosowanie w odmianie przeznaczonej do siłowni wodnej siłownika umożliwia pracę siłowni przy zmiennym poziomie wody w rzece. Zastosowanie w odmianie przeznaczonej do siłowni wiatrowej łopat z przesuwnymi płatami ruchomymi i szczelinami umoż liwia pracę zespoł ów napę dowych przy silnych wiatrach.

Przedmiot wynalazku pokazany jest w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia siłownię wodną w widoku z przodu, fig. 2 przedstawia siłownię wodną w widoku z góry, fig. 3 przedstawia fragment siłowni wodnej z częścią zespołu napędowego, przekładnią napędową, przekładnią prądnicową oraz prądnicą, fig. 4 przedstawia siłownię wiatrową w widoku z przodu, fig. 5 przedstawia układ napędowy siłowni wiatrowej w widoku z góry, fig. 6 przedstawia fragment siłowni wiatrowej z częścią zespołu napędowego, przekładnią napędową, przekładnią prądnicową oraz prądnicą, fig. 7 pokazuje łopatę napędową siłowni wiatrowej w widoku z przodu, a fig. 8 pokazuje napędową łopatę w widoku od środka siłowni wiatrowej.

Siłownia wodna zawiera konstrukcję nośną, na którą składają się cztery słupy nośne 1 w dolnej części połączone czterema kształtownikami 2, a w górnej części czterema kształtownikami 3 tworzącymi kwadrat. Na dolnych końcach słupy nośne 1 zaopatrzone są w stopki montażowe 4 umożliwiające zakotwienie siłowni na dnie cieku wodnego. Do górnych końców słupów nośnych 1 przymocowane są jednymi końcami cztery poziome ramiona 5, do których drugich końców przymocowane są pionowe prowadniki rurowe 6. Z przeciwnej strony ramion 5 do prowadników rurowych 6 przymocowana jest płyta nośna 7 w postaci okrągłej tarczy. W prowadnikach rurowych 6 sytuowane są trzpienie 8, do których górnych końców przytwierdzona jest płyta wierzchnia 9. Do dolnych końców trzpieni 8 przymocowana jest konsola 10 wyposażona w środkowej części w piastę główną 11 o osi pionowej. Płyta nośna 7, trzpienie 8, płyta wierzchnia 9 i konsola 10 tworzą siłownik 12 przesuwny pionowo względem prowadników rurowych 6.

Siłownia wyposażona jest w zespół napędowy 13, którego wał główny 14 osadzony jest pionowo w piaście głównej 11. W siłowni wodnej zespół napędowy 13 znajduje się pod konsolą 10 a w siłowni wiatrowej nad konsolą 10. Zespół napędowy 13 ma dwa, pracujące przeciwbieżnie w indywidualnych płaszczyznach w zróżnicowanych odległościach od konsoli 10, układy napędowe bliższy 15 i dalszy 16. Każ dy ukł ad napę dowy 15, 16 ma dwie, wzajemnie prostopadł e, pary ł opat 17. W każ dej parze łopaty 17 przytwierdzone są do końców wałka łopatowego 18 osadzonego obrotowo w obsadach łopatowego wałka 19. Na wale głównym 14, w pobliżu jego końca przeciwnego do piasty głównej 11 osadzona jest na stałe obejma 20, do której przymocowane są końce czterech półramion 21. Drugie końce półramion 21 przymocowane są do obsad łopatowego wałka 19. Dla wzmocnienia konstrukcji układy napędowe 15, 16 wyposażone są w cztery cięgna 22 połączone jednymi końcami z odpowiadają cymi im obsadami ł opatowego wałka 19, a drugimi końcami do: osadzonej na stale na wale głównym 14 obejmy 20 w dalszym układzie napędowym 16 a do tulei 23 osadzonej obrotowo na wale głównym 14 w bliższym układzie napędowym 15. Do tulei 23 przytwierdzone są także cztery półramiona 21 bliższego układu napędowego 15.

Łopaty 17 w każdej parze są prostopadłe względem siebie i przytwierdzone są niesymetrycznie do końców wałka łopatowego 18. Niesymetryczne przytwierdzenie powoduje, że w stanie spoczynkowym układów napędowych 15, 16 spowodowanym brakiem przepływu wody w rzece, na skutek siły grawitacji, płaszczyzny łopat 17 w stosunku do poziomu ustawione są pod kątem 45°. Przy przepływie wody w rzece działająca siła napierającej na łopaty 17 wody sprawia, że układy napędowe 15, 16 obracają się napędzając poprzez przekładnię napędową 24 i przekładnię prądnicową 25 wirnik 26 i stojan 27 prą dnicy 28. Przy kierunku ruchu ł opaty 17 zgodnym z kierunkiem pł ynącej wody napór wody powoduje, że łopata 17 jest nachylona w stosunku do poziomu pod katem zbliżonym do 90°, a przy kierunku ruchu przeciwnym ł opata 17 jest ustawiona niemal poziomo. Przekł adnia napę dowa 24 zawiera osadzone na wale głównym 14 napędzające stożkowe koło zębate 29 otrzymujące napęd

PL 208 548 B1 od dalszego układu napędowego 16 i napędzające stożkowe koło zębate 30 otrzymujące napęd od bliższego układu napędowego 15. Napędzające stożkowe koła zębate 29, 30 mają jednakową liczbę zębów i przekazują napęd na odbiorze stożkowe zębate, koło 31, które poprzez mocowane do konsoli 10 sprzęgło 32 przekazuje napęd do prądnicowej przekładni 25. Konstrukcja napędowej przekładni 24 sprawia, że napędowe układy 15, 16 pracują przeciwbieżnie. Połączony ze sprzęgłem 32 wał wirnikowy 33 z osadzonym na nim wirnikiem 26 prądnicy 28 osadzony jest obrotowo w dwóch obsadach łożyskowych 34 przytwierdzonych do nośników 35 mocowanych do konsoli 10. W przekładni prądnicowej 25 na wale wirnikowym 33 osadzone na stałe jest stożkowe koło zębate 36, które poprzez pośrednie stożkowe koło zębate 37 przekazuje napęd na odbiorcze stożkowe koło zębate 38 osadzone obrotowo na wale wirnikowym 33 i przytwierdzone do stojana 27 prądnicy 28. Stożkowe koło zębate 36, pośrednie stożkowe koło zębate 37 i odbiorcze stożkowe koło zębate 38 stanowią przekładnię prądnicową 25. Z przeciwnej do odbiorczego stożkowego koła zębatego 38 strony stojan 27 wyposażony jest w obsadę łożyskową 39 osadzoną na wale wirnikowym 33. Zastosowane rozwiązanie powoduje przy przekazywaniu napędu z przekładni prądnicowej 25 do prądnicy 28 obracanie się w przeciwnych kierunkach wirnika 26 i stojana 27.

Do płyty nośnej 7 przytwierdzona jest pionowo listwa zębata 40 współpracująca z przesuwnym kołem zębatym 41 osadzonym na wałku 42. Wałek 42 osadzony jest w obejmie listwy zębatej 43 mocowanej do płyty wierzchniej 9 siłownika 12. Na drugim końcu wałka 42 osadzone jest na stałe pośrednie koło zębate 44 współpracujące z napędowym kołem zębatym 45 mocowanym obrotowo do wspornika 46 przytwierdzonego do płyty wierzchniej 9 siłownika 12. Napędowe koło zębate 45 współpracuje z zespołem łopatek 47, połączonych listwą 48. Jedna z łopatek 47 częściowo zanurzona jest w wodzie 49. Napór przepł ywającej wody powoduje odchylenie zespoł u ł opatek 47 o pewien ką t, a tym samym przemieszczenie się przesuwnego koła zę batego 41 względem listwy zębatej 40 w górę do pozycji, w której siła naporu wody na łopatkę 47 równoważyć będzie siłę ciężkości siłownika 12 i przymocowanego do niego zespołu napędowego 13. Przedstawione rozwiązanie umożliwia pracę siłowni wodnej przy zmiennym poziomie wody w rzece. Wzrost poziomu wody 49 zwiększa powierzchnię czynną łopatki 47, na którą napiera woda i powoduje przemieszenie w górę siłownika 12 wraz z układem napędowym 13 aż do uzyskania stanu równowagi. Dla uproszczenia rysunku na fig. 1 nie pokazano wszystkich łopatek 47.

Siłownia wiatrowa w porównaniu z siłownią wodną nie ma siłownika 12 i zespołu łopatek 47, zaś zespół napędowy 13 znajduje się nad konsolą 10.

W odmianie przeznaczonej do siłowni wiatrowej łopaty 17 zawierają przymocowane do wałka łopatowego 18 płaty stałe 50 ze szczelinami 51 i z prowadnicami 52, w których mocowane są przesuwnie, wyposażone w szczeliny 53, płaty ruchome 54. Przy braku wiatru wskutek działania sprężyny amortyzatora 55 zamocowanego na końcu wałka łopatkowego 18 płat ruchomy 54 znajduje się w takim położenie względem płata stałego 50, w którym szczeliny 51 i 53 nie pokrywają się, a tym samym łopata 17 ma największą powierzchnię czynną. Przy pojawieniu się wiatru zespół napędowy 13 obraca się. Powoduje to przesunięcie się płatów ruchomych 54 łopat 17 w prowadnicach 52 na skutek działania siły odśrodkowej. Przesunięcie się ruchomych płatów zmniejsza powierzchnię czynną łopaty 17, na którą oddziałuje wiatr.

Claims (3)

1. Siłownia wyposażona w konstrukcję nośną, zespół napędowy o pionowej osi obrotu z dwoma pracującymi przeciwbieżnie w indywidualnych płaszczyznach układami napędowymi, w prądnicę z obracającymi się przeciwnie wirnikiem i stojanem, w przekładnie, znamienna tym, że oba układy napędowe (15, 16) poprzez przekładnię napędową (24) napędzają wał wirnikowy (33) z osadzonym na nim wirnikiem (26), na wale wirnikowym (33) osadzone jest na stałe stożkowe koło zębate (36) przekazujące poprzez pośrednie stożkowe koło zębate (37) napęd na odbiorcze stożkowe koło zębate (38) osadzone obrotowo na wale wirnikowym (33) i przytwierdzone do stojana (27) prądnicy (28), przy czym stożkowe koło zębate (36), pośrednie stożkowe koło zębate (37) i odbiorcze stożkowe koło zębate (38) stanowią przekładnię prądnicową (25), wał wirnikowy (33) osadzony jest obrotowo w obsadach łożyskowych (34) przytwierdzonych poprzez nośniki (35) do konsoli (10), zaś każdy układ napędowy (15, 16) ma, co najmniej dwie pary łopat (17), które w każdej parze są prostopadłe względem

PL 208 548 B1 siebie i przytwierdzone są niesymetrycznie do wałka łopatowego (18) osadzonego obrotowo w obsadach wałka łopatowego (19).

2. Siłownia według zastrz. 1, znamienna tym, że w odmianie przeznaczonej do siłowni wodnej ma przesuwny pionowo siłownik (12), do którego płyty nośnej (7) przytwierdzona jest listwa zębata (40) współpracująca z, osadzonym na wałku (42) w obejmie listwy zębatej (43) mocowanej do płyty wierzchniej (9) siłownika (12), przesuwnym kołem zębatym (41) współpracującym poprzez wałek (42) i pośrednie koło zębate (44) z napędowym kołem zębatym (45) mocowanym obrotowo do wspornika (46) przytwierdzonego do płyty wierzchniej (9) siłownika (12) i współpracującym z zespołem łopatek (47).

3. Siłownia według zastrz. 1, znamienna tym, że w odmianie przeznaczonej do siłowni wiatrowej łopaty (17) zawierają, przymocowane do wałka łopatowego (18) płaty stałe (50) ze szczelinami (51) i z prowadnicami (52), w których mocowane są przesuwnie, wyposażone w szczeliny (53), płaty ruchome (54), zaś na końcach wałka łopatowego (18) zamocowane są amortyzatory (55).