PL218392B1 - Niezależna od kierunku wiatru obudowana turbina wiatrowa o pionowej osi obrotu i poziomym położeniu wirnika - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest niezależna od kierunku wiatru, obudowana turbina wiatrowa o pionowej osi obrotu wirnika i poziomym położeniu wirnika.

Z opisu patentowego US 7400057 znana jest niezależna od kierunku wiatru, obudowana turbina o pionowej osi obrotu wirnika, w której elementy pierścieniowej obudowy o zmiennej średnicy i geometrii tworzą centralną pustą komorę rozszerzającą się znacznie ku górze. Usytuowane poziomo pierścienie zakrzywiają przepływ wewnątrz tak utworzonej komory w górę, kierując go w stronę wirnika połączonego z urządzeniem wytwarzającym energię elektryczną. Zakrzywienie przepływu odbywa się dzięki odpowiednio ukształtowanemu przekrojowi pierścieni, w kształcie profilu lotniczego, z okrągłą krawędzią natarcia o skończonym promieniu i ostro zakończoną krawędzią spływu, przy czym krawędzie natarcia znajdują się na stronie zewnętrznej pierścieni a krawędzie spływu na ich stronie wewnętrznej skierowanej do góry. Wał napędowy łączący wirnik z generatorem prądu przechodzi przez całą komorę przepływową turbiny. Dysza wylotowa komory usytuowana jest powyżej wirnika i rozszerza się ku górze. Poszczególne pierścienie tworzące obudowę turbiny mają różną średnicę i geometrię, odległość między pierścieniami jest stała, podstawą turbiny jest pojedyncza podpora.

Niezależna od kierunku wiatru obudowana turbina wiatrowa o pionowej osi obrotu i poziomym położeniu wirnika, składająca się z:

- zestawu profilowanych pierścieni posiadających przekroje w kształcie profilu lotniczego, z zaokrągloną krawędzią natarcia o skończonym promieniu i ostro zakończoną krawędzią spływu, przy czym krawędzie natarcia znajdują się na stronie zewnętrznej pierścieni a krawędzie spływu na ich stronie wewnętrznej,

- zestawu elementów łączących profilowane pierścienie,

- podpory turbiny,

- wirnika, nad którym umieszczony jest kołpak, osłoniętego pierścieniem połączonym z rozbieżną dyszą wylotową,

- urządzenia wytwarzającego energię elektryczną napędzanego przez wirnik, według wynalazku charakteryzuje się tym, że zestaw profilowanych pierścieni składa się z co najmniej dwóch, usytuowanych w płaszczyznach poziomych jeden pod drugim, jednakowych pierścieni, ze skierowanymi ku dołowi krawędziami spływu, tworzących kanał przepływowy, którego wewnętrzna średnica jest stała. Pierścienie są połączone pionowymi elementami, wirnik znajduje się w dolnej części turbiny, a usytuowana poniżej niego dysza wylotowa rozszerza się ku dołowi.

W korzystnym wykonaniu turbiny pionowe elementy łączące pierścienie mają przekrój poprzeczny w kształcie kropli, a ponadto są przymocowane na obwodzie turbiny do pionowych podpór. Ponadto turbina zaopatrzona jest w urządzenie płynnie zmieniające odległości między pierścieniami podczas pracy turbiny.

Rozwiązanie według wynalazku powoduje skierowanie napływającego do turbiny powietrza ku dołowi turbiny, gdzie umieszczony jest wirnik połączony wałem z urządzeniem wytwarzającym energię elektryczną. W porównaniu z przytoczonym stanem techniki, krawędzie spływu pierścieni są skierowane do dołu, wał, pozostając poza kanałem przepływowym utworzonym przez pierścienie, nie zaburza przepływu powietrza, wał łączący wirnik i urządzenie wytwarzające energię elektryczną jest krótki, a umieszczenie wirnika i urządzenia wytwarzającego energię elektryczną w dolnej części turbiny zmniejsza obciążenia konstrukcji i ułatwia dostęp dla obsługi. Pierścienie turbiny są jednakowe co upraszcza konstrukcję turbiny. Dysza wylotowa przeciwdziała niekorzystnemu oddziaływaniu wiatru oraz ciał położonych w pobliżu wylotu (np. podłoża turbiny) na strugi powietrza opuszczające turbinę, ponieważ powoduje wzrost ciśnienia statycznego i spadek prędkości tych strug. Ukształtowanie pionowych elementów łączących pierścienie wspomaga wpływ strug powietrza do turbiny. Płynna zmiana odległości między pierścieniami umożliwia sterowanie przepływem powietrza przez turbinę i zapewnia ochronę przed silnym wiatrem. Pionowe podpory podpierające turbinę w kilku punktach na jej obwodzie zwiększają odporność konstrukcji na silne porywy wiatru, w odniesieniu do znanego stanu techniki. Opisane powyżej cechy rozwiązania według wynalazku pozwalają na zwiększenie rozmiarów turbiny w celu osiągnięcia większych mocy.

Przedmiot wynalazku przedstawiony jest w przykładowym wykonaniu na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia turbinę wiatrową w przekroju podłużnym wzdłuż osi symetrii z zaznaczonym strzałkami kierunkiem przepływu powietrza, fig. 2 przedstawia turbinę w widoku z góry, fig. 3 przedstawia przekrój poprzeczny A-A elementu łączącego pierścienie, fig. 4 i fig. 5 przedstawia turbinę w przekroju

PL 218 392 B1 podłużnym w wariantach różniących się odległością między pierścieniami, a fig. 6 przedstawia turbinę usytuowaną na dachu budynku w widoku perspektywicznym.

Turbina wiatrowa składa się z trzech jednakowych profilowanych pierścieni 1, które są usytuowane w płaszczyznach poziomych jeden pod drugim. Wewnętrzne krawędzie pierścieni 1 tworzą kanał przepływowy o stałej średnicy L. Pierścienie 1 mają przekrój poprzeczny w kształcie profilu lotniczego, z zaokrągloną krawędzią natarcia o skończonym promieniu i ostro zakończoną krawędź spływu skierowaną do dołu, przy czym krawędzie natarcia znajdują się na stronie zewnętrznej pierścieni 1 a krawędzie spływu na ich stronie wewnętrznej. Wirnik 2 turbiny znajduje się w jej dolnej części. Jest on osłonięty pierścieniem pośrednim 3 połączonym z usytuowaną poniżej wirnika dyszą wylotową 4 rozszerzającą się ku dołowi. Nad wirnikiem umieszczony jest kołpak 5. Pierścienie 1 połączone są ze sobą czterema pionowymi elementami 6 o przekroju poprzecznym w kształcie kropli. Pionowe elementy 6 są przymocowane na obwodzie turbiny co 90 stopni do czterech pionowych podpór 7 łączących turbinę z podłożem. Wirnik 2 połączony jest za pośrednictwem wału 8 z urządzeniem 9 wytwarzającym energię elektryczną. Odległości L1 i L2 między pierścieniami 1 mogą być płynnie zmieniane podczas pracy turbiny dzięki urządzeniu spełniającemu taką funkcję.

Dzięki zastosowaniu profilowanych pierścieni 1 odchylających kierunek przepływu powietrza, opisana powyżej turbina jest niezależna od kierunku wiatru, ponieważ napływające powietrze zawsze wchodzi w kontakt z powierzchnią pierścienia 1 ustawioną czołowo względem napływu (nawietrznie) tak, że punkt spiętrzenia strug tworzy się w pobliżu krawędzi natarcia profilu pierścienia 1. Ukształtowanie pierścienia 1, a w szczególności geometria zewnętrznej i wewnętrznej powierzchni, prowadzi do zmiany kierunku przepływu tuż za czołowa powierzchnią pierścienia 1. Przepływając wewnątrz kanału utworzonego przez profilowane pierścienie 1 część strug powietrza wchodzi w kontakt z wewnętrznymi krawędziami spływu pierścieni 1 położonymi po stronie zawietrznej. Ukształtowanie krawędzi spływu oraz kąt pomiędzy kierunkiem strugi powietrza a powierzchnią pierścieni 1 w okolicy krawędzi spływu prowadzi do powstania zawirowań przepływu w szczelinach pomiędzy pierścieniami po stronie zawietrznej, co utrudnia wypływ powietrza. W rezultacie przeważająca część powietrza wpływającego do turbiny kierowana jest na wirnik 2 znajdujący się na końcu kanału przepływowego, napędzający urządzenie 9 wytwarzające energię elektryczną. Przepływ powietrza przez wirnik jest dodatkowo kształtowany przez pierścień pośredni 3 otaczający wirnik oraz kołpak 5 umieszczony w osi symetrii kanału przepływowego. Dzięki odpowiedniemu ukształtowaniu pierścieni 1 oraz dyszy wylotowej 4 przepływ przez turbinę odchylany jest w dół.

Claims (3)

1. Niezależna od kierunku wiatru, obudowana turbina wiatrowa o pionowej osi obrotu i poziomym położeniu wirnika, składająca się z:

- zestawu profilowanych pierścieni posiadających przekroje w kształcie profilu lotniczego, z zaokrągloną krawędzią natarcia o skończonym promieniu i ostro zakończoną krawędzią spływu, przy czym krawędzie natarcia znajdują się na stronie zewnętrznej pierścienia krawędzie spływu na ich stronie wewnętrznej,

- zestawu elementów łączących profilowane pierścienie,

- podpory turbiny,

- wirnika, nad którym umieszczony jest kołpak, osłoniętego pierścieniem połączonym z rozbieżną dyszą wylotową,

- urządzenia wytwarzającego energię elektryczną napędzanego przez wirnik, znamienna tym, że zestaw profilowanych pierścieni (1) składa się z co najmniej dwóch, usytuowanych w płaszczyznach poziomych jeden pod drugim, jednakowych pierścieni (1), ze skierowanymi ku dołowi krawędziami spływu, tworzących kanał przepływowy, którego wewnętrzna średnica (L) jest stała, przy czym pierścienie (1) są połączone pionowymi elementami (6), wirnik (2) znajduje się w dolnej części turbiny, a usytuowana poniżej niego dysza wylotowa (4) rozszerza się ku dołowi.

2. Turbina według zastrz. 1, znamienna tym, że pionowe elementy (6) łączące pierścienie (1) mają przekrój poprzeczny w kształcie kropli, a ponadto są przymocowane na obwodzie turbiny do pionowych podpór (7).

3. Turbina według zastrz. 2, znamienna tym, że zaopatrzona jest w urządzenie płynnie zmieniające odległości (L1, L2) między pierścieniami (1) podczas pracy turbiny.