PL214204B1 - Rotor silowni wiatrowej o pionowej osi obrotu - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest rotor siłowni wiatrowej o pionowej osi obrotu, prostopadłej do kierunku przepływu wiatru.

Znany jest z polskiego opisu patentowego nr PL129467 silnik wiatrowy wyposażony w obrotowy wirnik posiadający na obwodzie łopatki, który składa się z pierścienia zewnętrznego, posiadającego rozmieszczone na całym obwodzie płaty sterujące oraz z wirnika, w którym w kierunku stycznym do osi obrotu umieszczone są łopatki. Natomiast płaty sterujące i łopatki usytuowane są tak, że płaszczyzny styczne do ich powierzchni przecinają się najkorzystniej pod kątem zbliżonym do kąta prostego.

Innym znanym rozwiązaniem ze zgłoszenia patentowego polskiego P. 324623 jest turbina wiatrowa o osi prostopadłej do kierunku przepływu wiatru, wykorzystująca przepływy wirowe o dużej koncentracji masy i prędkości oraz o intensywnej cyrkulacji, w której w wydrążonym cylindrze, występują na wspólnej osi co najmniej dwa przepływy obrotowe oraz duża ilość wirów potencjalnych, przesuwających się wzajemnie względem siebie.

Z kolei urządzenie do otrzymywania użytecznej energii z przepływów równoległych przedstawione w polskim opisie patentowym nr PL168150 posiada moduł przepływowy, który zawiera utworzony przez pewną liczbę klap, zewnętrzny korpus wydrążony, zamknięty z obu stron płytami i otwór wylotowy w płycie, przy czym klapy pod wpływem ciśnienia naporu przepływu równoległego obracając się na swych osiach otwierają się i zamykają.

Istotnym zagadnieniem niedostatecznie do tej pory rozwiązanym jest problem „gotowości do pracy” turbiny wiatrowej. Wyraża się on czasem w jakim turbina pracuje i produkuje lub jest gotowa do wytwarzania energii elektrycznej. Zagadnienie to rozwiązują układy regulacji, najczęściej o dużym stopniu skomplikowania. Powszechnie nad prawidłowością przebiegu optymalnego wykorzystania siły wiatru i kontroli pracy siłowni czuwa system regulacji sterowany mikroprocesorem.

Innym zagadnieniem występującym w siłowniach wiatrowych jest niska sprawność, dodatkowo potęgowana koniecznością stosowania przekładni mechanicznych, najczęściej wielostopniowych o dużym przełożeniu.

Kolejnym ważnym zagadnieniem jest prędkość załączenia „cut-in” - prędkość, przy której rozpoczyna się produkcja energii elektrycznej i prędkość wyłączenia „cut-out” - prędkość, przy której następuje wyłączenie turbiny. Najczęściej załączanie turbiny wiatrowej następuje, przy prędkościach wiatru rzędu 5 - 6,5 m/s, wyłączanie przy prędkości powyżej 25 m/s, natomiast nominalne warunki pracy turbiny to wiatry o prędkościach 15 m/s. Moc wyjściowa elektrowni wiatrowej zmienia się wraz ze zmianą prędkości wiatru.

Powyżej opisane zagadnienia, przed koniecznością rozwiązania których stoi każda siłownia wiatrowa, a zatem prostota, niezawodność, wytrzymałość na warunki ekstremalne i wyeliminowanie zależności od wahań w prędkości wiejącego wiatru, są celem niniejszego wynalazku.

Nowatorskie rozwiązanie charakteryzuje się tym, że posiada dwa wynalazki: rotor siłowni wiatrowej i regulator obrotów.

Rotor siłowni składa się z trzech czasz równomiernie rozmieszczonych na obwodzie siłowni i mocowanych do ramion połączonych trwale z piastą mocowaną do osi w połowie wysokości czaszy. Czasza ma kształt wycinka pobocznicy walca, którego środkowa płaszczyzna prostopadła do osi jest skręcona mimośrodowo, a odległość pobocznicy od osi, na wysokości piasty ulega zmniejszeniu w dół i górę czaszy o identyczną wartość, przy czym, pionowe krawędzie czaszy od jej połowy wysokości są ze strony zewnętrznej skośnie wychylone na zewnątrz tworząc kąt wklęsły a od strony wewnętrznej schodzą się do środka czaszy tworząc kąt wypukły.

Rotor charakteryzuje się tym, że czasza jest połączona obrotowo z ramionami. Rotor charakteryzuje się tym, że czasza ma u dołu i góry zamknięcie powierzchnią, a między powierzchniami, równolegle do osi osadzony jest trwale pręt.

Rotor charakteryzuje się tym, że pręt posiada uchwyty do mocowania zakończeń ramion.

Rotor charakteryzuje się tym, że współpracuje z regulatorem obrotów.

Rozwiązanie według wynalazku odznacza się niezwykle prostą budową, niewielkim nakładem inwestycyjnym na jego realizację. Siłownię można sytuować nie tylko na tradycyjnych masztach, lecz również na dachach budowli, czy wręcz na ziemi. Rotor siłowni reaguje nawet na bardzo słabe wiatry o prędkości od 1,3 m/s i wytrzymuje wiatry o sile huraganu.

Użytkownik może ustawić stałą maksymalną prędkość obrotów rotora niezależnie od siły wiatru dzięki precyzyjnemu ustawieniu regulatora obrotów, z którym współpracuje rotor.

PL 214 204 Β1

Przedmiot wynalazku został przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1, fig. 2 i fig. 2a przedstawiają siłownię wiatrową z rotorem w widoku ogólnym przy różnym ustawieniu rotora, fig. 3 przedstawia położenia czasz w czasie pracy w stanie normalnego wiatru (czasze otwarte) przekrój poprzeczny przez rotor tylko w płaszczyźnie (9), fig. 3a podobnie jak fig. 3 lecz widoczny rzut rotora z góry, fig. 3b podobnie jak fig. 3a lecz dodatkowo z uwidocznionym regulatorem obrotów, fig. 4 przekrój poprzeczny przez rotor z ukazaniem położenia czasz w czasie silnego wiatru (czasze zamknięte), fig. 4a podobnie jak fig. 4 lecz dodatkowo z ukazaniem regulatora obrotów, fig. 5 mechanizm regulatora obrotów, fig. 5a regulator obrotów z ukazanym schematycznie rotorem siłowni.

Siłownia wiatrowa posiada rotor umieszczony na maszcie (12). Rotor składa się z trzech czasz (1), które są równomiernie rozmieszczone na obwodzie osi (2) umieszczonej w maszcie (12). Czasze (1) mocowane są obrotowo w zakończeniach ramion (3), które połączone są trwale z piastą (4) mocowaną do osi (2) w połowie wysokości czaszy (1). Czasza (1) ma kształt wycinka pobocznicy walca, którego środkowa płaszczyzna prostopadła do osi jest skręcona mimośrodowo, a odległość pobocznicy od osi (2), na wysokości piasty (4) ulega zmniejszeniu w dół i górę czaszy (1) o identyczną wartość, przy czym, pionowe krawędzie (13)(14) czaszy (1) od jej połowy wysokości są ze strony zewnętrznej (13) skośnie wychylone na zewnątrz tworząc kąt wklęsły a od strony wewnętrznej (14) schodzą się do środka czaszy (1) tworząc kąt wypukły, najlepiej widoczne na fig. 2 i fig. 2a. Między płaszczyznami (9), równolegle do osi (2) osadzony jest trwale pręt (10). Między płaszczyznami (9), a częścią środkową czaszy (1), na pręcie (10) umieszczone są uchwyty (11), w których za pomocą sworzni (15), osadzone są obrotowo zakończenia ramion (3). Ramiona (3) tworzą kształt litery „V”, przy czym miejsce ich złączenia zespolone jest trwale z piastą (4).

Na wysokości piasty (4) umieszczony jest mechanizm regulatora obrotów przedstawiony jako fig. 5 i fig. 5a, który składa się z drążków reakcyjnych (5), pierścienia reakcyjnego (6) oraz współpracujących z nimi stabilizatorów (7) i pierścienia wirującego (8).

Pierścień wirujący (8) jest współosiowy z masztem (12) i połączony jest ze stabilizatorem (7) i czaszą (1).

Zastrzeżenia patentowe

Claims (6)

1. Rotor siłowni wiatrowej o pionowej osi obrotu, składający się z trzech czasz równomiernie rozmieszczonych na obwodzie siłowni i mocowanych do ramion połączonych trwale z piastą mocowaną do osi w połowie wysokości czaszy, znamienny tym, że czasza (1) ma kształt wycinka pobocznicy walca, którego środkowa płaszczyzna prostopadła do osi jest skręcona mimośrodowo, a odległość pobocznicy od osi (2), na wysokości piasty (4) ulega zmniejszeniu w dół i górę czaszy (1) o identyczną wartość, przy czym, pionowe krawędzie (13, 14) czaszy (1) od jej połowy wysokości są ze strony zewnętrznej (13) skośnie wychylone na zewnątrz tworząc kąt wklęsły a od strony wewnętrznej (14) schodzą się do środka czaszy (1) tworząc kąt wypukły.

2. Rotor według zastrz. 1, znamienny tym, że czasza (1) jest połączona obrotowo z ramionami (3).

3. Rotor według zastrz. 1, znamienny tym, że czasza (1) ma u dołu i góry zamknięcie powierzchnią (9).

4. Rotor według zastrz. 1, znamienny tym, że między powierzchniami (9), równolegle do osi (2) osadzony jest trwale pręt (10).

5. Rotor według zastrz. 1, znamienny tym, że pręt (10) posiada uchwyty (11) do mocowania zakończeń ramion (3).

6. Zastosowanie rotora siłowni wiatrowej określonego w zastrzeżeniach od 1 do 5 do współpracy z regulatorem obrotów.