PL218391B1 - Siłownia wiatrowa - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest siłownia wiatrowa, zwłaszcza dużej mocy, do wytwarzania energii.

Znana jest z japońskiego zgłoszenia JP2002130110 siłownia wiatrowa o dowolnej wysokości, składająca się z wielu jednostek silników wiatrowych z kierownicami i pomocniczymi kierownicami, ułożonych współosiowo. Wirniki wałów poszczególnych jednostek połączone są poprzez koła zapadkowe współpracujące z zapadkami, w celu przekazania momentu obrotowego do urządzeń odbioru mocy.

Znany jest także ze zgłoszenia wynalazku CN 1061262 sposób, który wykorzystuje naturalną siłę wiatru do napędzania wirnika cylindrycznego w celu wytwarzania energii elektrycznej, energia ta następnie przekształcana jest na energię sprężonego powietrza. Sprężone powietrze przekazywane jest do zbiornika powietrza poprzez przewody, a następnie na łopatki turbiny powietrza, napędzającej generator wytwarzający energię.

Zgodnie z wynalazkiem siłownia wiatrowa utworzona jest z co najmniej dwóch, korzystnie z trzech kolumn, połączonych sztywnymi przewiązkami tworzącymi konstrukcję kratową. Każda kolumna zestawiona jest z co najmniej trzech segmentów, ustawionych współosiowo w pionie jeden na drugim, z których pierwszy licząc od podłoża jest przytwierdzony do podstawy. Przewiązki są instalowane korzystnie między co drugim segmentem.

Segment składa się z stojana i wirnika. Stojan segmentu tworzą cztery rurowe rozpórki połączone z każdego końca okrągłymi płytami, dolną i górną, wzajemnie równoległymi, przy czym końcówki rozpórek wystają poza płyty. Płyta górna składa się z pierścienia i płyty łożyskowej, które są połączone rozłącznie za pomocą śrub. Rozpórki są rozstawione symetrycznie na okręgu o średnicy mniejszej niż odległość pomiędzy płytami. Na wystające poza płytę dolną końcówki rozpórek są nałożone obejmy, przytwierdzone do płyty. Obejmy wyposażone są w ucha do mocowania przewiązek łączących kolumny. W końcówkach i obejmach są otwory usytuowane w jednym kierunku i w jednakowej odległości od zewnętrznych krawędzi rozpórek lub obejm, przeznaczone dla przetyczek łączących poszczególne segmenty. W osi symetrii płyty dolnej i górnej są oprawy do zainstalowania łożysk. Do rozpórek oraz do płyt są przytwierdzone dwa pionowe płaty usytuowane w jednej płaszczyźnie przechodzącej przez oś rozpórki, przy czym płaty są nachylone pod kątem ostrym w stosunku do promienia poprowadzonego od osi płyty do osi rozpórki. Pomiędzy płatami są osadzone kierownice w postaci prostokątnych ścianek, rozmieszczone równomiernie na okręgu i nachylone w stosunku do promienia przechodzącego przez ich środek pod kątem ostrym. Do co najmniej jednej rozpórki każdego stojana, w miejscu połączenia jej z płatem znajdującym się po stronie wewnętrznej, jest przymocowany przewód sprężonego powietrza. Każdy przewód sprężonego powietrza w stojanie jest zaopatrzony w dysze, które są ukierunkowane podobnie jak płaty.

W stojanie jest wirnik, którego wał jest osadzony w łożyskach. Do wału są przymocowane dwie tarcze, pomiędzy którymi są ustawione na obwodzie pionowe łopaty, korzystnie w liczbie większej niż osiem, w kształcie połowy powierzchni walca. W stosunku do łopatek wirnika kierownice stojana są usytuowane tak, że płaszczyzny przechodzące przez kierownice są styczne do okręgu, na którym są osie powierzchni walcowych łopatek. Na wystających poza oprawy łożysk końcach wału wirnika są zamocowane tarcze sprzęgłowe zaopatrzone w wąsy, które mają odboje umieszczone po zewnętrznej stronie. Boki odbojów są wyłożone elastycznymi nakładkami.

Wały wirników jednej kolumny są sprzęgnięte ze sprężarką połączoną ze zbiornikiem sprężonego powietrza. Od zbiornika są wyprowadzone przewody instalacji sprężonego powietrza, które połączone są do przewodów sprężonego powietrza znajdujących się w stojanach umieszczonych w pozostałych kolumnach. Przewody sprężonego powietrza stojanów zestawionych w kolumnę są szczelnie połączone. Pomiędzy zbiornikiem sprężonego powietrza a przewodami w stojanach jest zainstalowany zawór elektromagnetyczny połączony poprzez układ sterowania z prędkościomierzem obrotów wirników.

Rozwiązanie według wynalazku umożliwia nie przerywany odbiór mocy z wałów wirników tych segmentów silników wiatrowych, które są sprzęgnięte z napędzanymi urządzeniami. W czasie zanikania wiatru wirniki tych segmentów są napędzane sprężonym powietrzem, gromadzonym w zbiorniku. Korzystnie, gdy co trzecia kolumna zespołu urządzeń powietrzno-pneumatycznych jest przeznaczona do sprężania powietrza. Budowa segmentów zapewnia sprawny montaż i stabilność zespołu kolumn, zwłaszcza w układzie, w którym kolumny są usytuowane na planie trójkąta równobocznego. Poza tym konstrukcja segmentu wyróżnia się wysokim stopniem wykorzystania siły wiatru.

PL 218 391 B1

Przedmiot wynalazku jest zobrazowany na przykładowym rozwiązaniu, na którym fig. 1 przedstawia schematyczny widok z góry zespołu trzech kolumn urządzenia, fig. 2 - uproszczony widok kolumn wraz z instalacją sprężonego powietrza, fig. 3 - stojan segmentu w widoku osiowym, w powiększonej skali, fig. 4 - segment w przekroju poprzecznym, fig. 5 - wirnik w widoku ogólnym, fig. 6 - widok od czoła tarczy sprzęgłowej w powiększonej skali, fig. 7 - szczegół połączenia przewodu powietrznego z rozpórką w przekroju poprzecznym, a fig. 8 - schemat instalacji sprężonego powietrza.

Zgodnie z rysunkiem na trzech podstawach 1 zakotwiczonych w podłożu, na planie trójkąta równobocznego, jest ustawionych po osiem segmentów 2 silników wiatrowych, w postaci trzech kolumn 3a, 3b i 3c połączonych wzajemnie sztywnymi przewiązkami 4, tworzącymi konstrukcję kratową. Segment 2 silnika wiatrowego składa się ze stojana 5 i wirnika 6. Stojan 5 tworzą cztery rurowe rozpórki 7, połączone na końcach z płytą 8 dolną i z płytą 9 górną, wzajemnie równoległymi, przy czym końcówki 10 rozpórek 7 wystają poza płyty 8 i 9. Płyta 9 górna składa się pierścienia 11 i płyty 12 łożyskowej, która jest przykręcona do pierścienia 11 śrubami 13. Do płyty 8 dolnej i płyty 12 łożyskowej są przykręcone oprawy 14 łożyskowe. Rozpórki 7 są rozstawione symetrycznie na okręgu o średnicy mniejszej niż odległość pomiędzy płytami 8 i 9. Do płyty 8 dolnej przyspawane są cztery żebra 15, których krótszy bok jest połączony z obejmami 16 nasadzonymi na końcówki 10 rozpórek 7. Obejmy 16 są wyposażone w ucha 17 do zamocowania przewiązek 4. Do rozpórek 7 pomiędzy pierścieniem 11 a płytą 8 dolną są przyspawane płaty 18 i 19, usytuowane w jednej płaszczyźnie przechodzącej przez oś rozpórki, przy czym płaty 18 i 19 są nachylone pod kątem ostrym w stosunku do promienia poprowadzonego od osi obudowy 5 do osi rozpórki 7. Pomiędzy rozpórkami 7 jest umieszczonych szesnaście kierownic 20 w postaci prostokątnych ścianek przymocowanych do pierścienia 11 i płyty 8 dolnej. Kierownice 20 są rozmieszczone równomiernie na okręgu. W końcówkach 10 i obejmach 16 są otwory 21 pod przetyczki łączące poszczególne segmenty 2, przy czym otwory 21 są umieszczone promieniowo i w jednakowej odległości od krawędzi końcówek 10 lub krawędzi obejm 16.

W łożyskach 22 opraw 14 stojana 5 jest osadzony wał 23 wirnika 6, którego końce wystają ponad oprawy 14. Do wału 23 są przyspawane dwie tarcze 25 i 26 o średnicy nieco mniejszej niż wewnętrzna średnica pierścienia 11. Pomiędzy tarczami 25 i 26, na 4 ich obwodzie jest rozmieszczonych równomiernie osiem łopatek 27 o kształcie połowy powierzchni walca, które są wpuszczone w otwory w tarczach 25 i 26 i połączone trwale z nimi. Stosunek średnicy powierzchni walcowej łopatek 27 do średnicy tarcz 25 i 26 ma się tak jak 1 : 4. Łopatki 27 są tak usytuowane, że linia prosta przechodząca przez oś wału 23 wirnika 6 jest styczna do ich obu krawędzi. W stosunku do łopatek 27 kierownice 20 są umieszczone, podobnie jak płaty 18 i 19, w płaszczyznach stycznych do okręgu na którym umieszczone są osie powierzchni walcowej łopatek 27. Na wystających końcówkach wału 23 wirnika 24 są zamocowane tarcze 28 sprzęgłowe mające cztery wąsy 29 zakończone odbojami 30, skierowanymi na zewnątrz, przy czym tarcze 28 są przesunięte kątowo w stosunku do siebie o szerokość odboju 30. Boki odbojów 30 są wyłożone gumowymi nakładkami 24. Po połączeniu dwóch segmentów 2 odboje 30 tarcz 28 sprzęgłowych są na tym samym poziomie.

Do rozpórek 7 są przytwierdzone przewody 31 instalacji sprężonego powietrza, zaopatrzone w dysze 32, których wyloty są skierowane w kierunku środka wewnętrznej powierzchni łopatki 27. Przewody 31 są zaopatrzone w szczelne złącza umożliwiające doprowadzenie sprężonego powietrza do szczytowego segmentu 2. Przewody 31 szczytowego segmentu 2 są zaślepione. Z wałem 23 dolnego wirnika 6 kolumny 3a jest sprzęgnięty zespół 33 sprężarkowy, który jest połączony z wysokociśnieniowym zbiornikiem 34 sprężonego powietrza. Wały 23 wirników 6 pozostałych dwóch kolumn 3b i 3c są sprzęgnięte z generatorami 35 prądu elektrycznego. Zbiornik 34 sprężonego powietrza połączony jest poprzez zawór 36 elektromagnetyczny i instalację 37 sprężonego powietrza i jej rozgałęzienia z przewodami 31 stojanów 5 w kolumnach 3b i 3c. Zawór 36 elektromagnetyczny jest sprzęgnięty poprzez układ 38 sterowania z prędkościomierzem obrotów wirników 6.

Claims (10)

1. Siłownia wiatrowa posiadająca segmenty, składające się ze stojana posiadającego nieruchome kierownice powietrza i z wirnika o pionowej osi obrotu, zestawione w pionowych kolumnach posadowionych na podstawach, przy czym połączone w kolumnach wały wirników silników wiatrowych są sprzęgnięte z odbiornikami mocy, znamienna tym, że stanowią ją co najmniej dwie kolumny (3) korzystnie trzy, połączone sztywnymi przewiązkami (4) przymocowanymi do stojanów (5),

PL 218 391 B1 przy czym każdy stojan (5) tworzą cztery rurowe rozpórki (7) rozstawione równomiernie na okręgu i połączone z okrągłą płytą (8) dolną i okrągłą płytą (9) górną, przy czym do rozpórek są przytwierdzone dwa płaty (18) i (19), umieszczone w płaszczyźnie ustawionej pod kątem ostrym do promienia poprowadzonego przez oś rozpórki (7), a ponadto do co najmniej jednej rozpórki (7) jest przymocowany przewód (31) sprężonego powietrza, wyposażony w dysze (32) skierowane równolegle do płatów (18) i (19), zaś w osi symetrii płyty (8) dolnej i płyty (9) górnej są oprawy (14) łożysk (22), w których osadzony jest wał (23) wirnika (6) z łopatkami (27). zaś wały (23) wirników (6) jednej kolumny (3a) są sprzęgnięte zespołem (33) sprężarkowym połączonym ze zbiornikiem (34) sprężonego powietrza, z którego wyprowadzona jest instalacja (37) sprężonego powietrza, połączona z przewodami (31) stojanów (5) pozostałych kolumn (3b) i (3c).

2. Siłownia wiatrowa, według zastrz. 1, znamienna tym, że łopatki (27) wirnika (6) mają kształt połowy powierzchni walcowej.

3. Siłownia wiatrowa, według zastrz. 1, znamienna tym, że kierownice (20) pomiędzy płytą (8) dolną a płytą (9) górną w postaci prostokątnych ścianek, są umieszczone w płaszczyznach stycznych do okręgu, na którym są osie powierzchni walcowej łopatek (27).

4. Siłownia wiatrowa, według zastrz. 3, znamienna tym, że płyta (9) górna składa się z pierścienia (11), do którego jest przymocowana rozłącznie płyta (12) łożyskowa.

5. Siłownia wiatrowa, według zastrz. 1, znamienna tym, że końcówki (10) rozpórek (7) wystają poza płytę (8) dolną i pierścień (11), przy czym na końcówkach (10) znajdujących po stronie płyty (8) dolnej lub po stronie pierścienia (11) są obejmy (16).

6. Siłownia wiatrowa, według zastrz. 5, znamienna tym, że końcówki (10) i obejmy (16) mają na przestrzał otwory (21) usytuowane w jednym kierunku i równych odległościach od zewnętrznych krawędzi rozpórek (7) lub obejm (16).

7. Siłownia wiatrowa, według zastrz. 5, znamienna tym, że obejmy (16) są wyposażone w ucha (17) do połączenia przewiązek (4).

8. Siłownia wiatrowa, według zastrz. 1, znamienna tym, przewiązki (4) są mocowane korzystnie pomiędzy co drugimi segmentami (2) zestawionymi w kolumny (3).

9. Siłownia wiatrowa, według zastrz. 1, znamienna tym, że na wystających ponad oprawy (14) łożysk (22) końcach wału (23) wirnika (6) są tarcze (28) sprzęgłowe mające wąsy (29), na wierzchołkach których są odboje (30), umieszczone po zewnętrznej stronie, przy czym boki odbojów (30) są wyłożone elastycznymi nakładkami (24).

10. Siłownia wiatrowa, według zastrz. 1, znamienna tym, że pomiędzy zbiornikiem (34) sprężonego powietrza a przewodami (31) w stojanach (5) jest zainstalowany zawór (36) elektromagnetyczny połączony poprzez układ (38) sterowania z prędkościomierzem obrotów wirników (6).