PL223569B1 - Turbina wieżowa hybrydowa - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest turbina wieżowa hybrydowa, wiatrowo-solarna o pionowej osi, wykorzystywana do napędzania prądnic wiatrowych w celu przetwarzania energii wiatru i energii solarnej w energię elektryczną.

Znana jest europejskiego opisu patentowego EP 0679805 A1 turbina wiatrowa o osi poprzecznej do kierunku wiatru, gdzie zespół wirnika obracany jest przez wiatr boczny, zaopatrzony jest na obwodzie w wiele nastawnych łopatek, zamontowanych równolegle do osi wirnika. Każda łopatka łączy się za pośrednictwem elementu przekazującego przestawienie kątowe z inną nastawną powierzchnią aerodynamiczną lub stabilizatorem, zamontowanymi na tym samym ramieniu promieniowym, na mniejszym promieniu, dzięki czemu podczas obrotu łopatka i stabilizator mogą się obracać jednocześnie i zasadniczo wzajemnie równolegle w trakcie ustawiania się do kąta nachylenia, gdzie przeciwdziałający moment ustawienia kąta nachylenia wywoływany przez aerodynamiczne siły unoszenia łopatki i stabilizatora wzajemnie się równoważą i gdzie aerodynamiczne siły unoszenia osiągają optimum w celu wywołania momentu potrzebnego do obrócenia wirnika. Wadą turbiny wiatrowej tego rozwiązania jest zawodność i niedostateczna wydajność oraz skomplikowana konstrukcja turbiny wiatrowej.

Innym rozwiązaniem turbiny jest zgłoszenie patentowe P.385612, gdzie istota rozwiązania polega na tym, że łopaty wirnika opasują skrzydła tworząc szczelinę pomiędzy łopatami wirnika a skrzydłami. Szczelina zmniejsza się ku zewnętrznym końcom łopat.

Przedstawione rozwiązanie nie zapewnia pracy turbiny z chwilą zaniku wiatru.

Celem wynalazku jest opracowanie wolnoobrotowej turbiny o pionowej osi obrotu wirnika, przetwarzającej energię wiatru w energię elektryczną i magazynującej energię słoneczną w formie sprężonego powietrza, tak aby turbina pracowała nawet w przypadku zaniku wiatru.

Turbina wieżowa, hybrydowa według wynalazku, charakteryzuje się tym, że zawiera podstawę turbiny, z basenem wypełnionym wodą i usytuowanym w nim pontonem oraz płytą pierścieniową na których osadzony jest wirnik, w formie wieży, zawierającej co najmniej trzy skrzydła, osadzone wokół pionowej ścianki cylindrycznego zbiornika sprężonego powietrza, przy czym wewnątrz cylindrycznej podstawy koncentrycznie usytuowany jest osiowy fundament.

Basen i ponton ma kształt toroidalny.

Skrzydło stanowi profilowana pionowa ścianka z poziomo usytuowanymi co najmniej dwoma żebrami, w których osadzony jest filar owiewny, tworzący z pionową ścianką gardziel skrzydła.

Podstawa turbiny ma formę cylindryczną, w której wnętrzu usytuowany jest toroidalny basen wypełniony wodą, w którym usytuowany jest toroidalny ponton zamocowany górną częścią do płyty pierścieniowej, natomiast w kanale stabilizującym usytuowany jest stabilizujący element cylindryczny, z co najmniej ośmioma dolnymi zespołami kół balansowych ze sprężarkami, natomiast na osiowym fundamencie rozmieszczonych jest co najmniej osiem górnych zespołów kół balansowych, każdy z generatorem.

Na pionowej wewnętrznej ściance płyty pierścieniowej usytuowany jest wieniec zębaty napędzający generatory.

Na górnej płaszczyźnie płyty pierścieniowej rozmieszczone są sprężarki zasilane ogniwami fotowoltaicznymi.

Na wewnętrznej ściance basenu, wokół jego dna, usytuowany jest wieniec odrzutowy, natomiast na identycznej wysokości zewnętrznej ścianki pontonu rozmieszczonych jest co najmniej osiem pomp wodnych napędzanych sprężonym powietrzem.

Natomiast na osiowym fundamencie rozmieszczonych jest co najmniej osiem górnych zespołów balansowych, każdy z generatorem.

Na znacznej części wewnętrznej płaszczyzny pionowej ścianki skrzydła usytuowane są ogniwa fotowoltaiczne.

Turbina według wynalazku pozwala na pracę przy wiejącym wietrze oraz na magazynowanie sprężonego powietrza w zbiorniku, które uzyskuje się z ogniw fotowoltaicznych usytuowanych na skrzydłach turbiny. Natomiast w okresie braku wiatru turbina dalej pracuje, ponieważ jest zasilana zmagazynowanym wcześniej sprężonym powietrzem ze zbiornika. Sprężone powietrze w zbiorniku jest wynikiem pracy sprężarek zasilanych z ogniw fotowoltaicznych usytuowanych na części skrzydeł wirnika.

PL 223 569 B1

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony na rysunku, na którym fig. 1 - przedstawia turbinę wieżową, hybrydową w widoku z boku, fig. 2 - przedstawia w przekroju wzdłużnym B-B dolną część wirnika z cylindryczną podstawą, fig. 3 - przedstawia skrzydło w widoku z góry, fig. 4 - skrzydło w widoku przestrzennym, fig. 5 - przedstawia wirnik ze skrzydłami i zbiornikiem sprężonego powietrza w przekroju poprzecznym A-A, fig. 6 - przedstawia cylindryczną podstawę w przekroju porzecznym C-C, fig. 7 - przedstawia cylindryczną podstawę w przekroju porzecznym D-D, fig. 8 - przedstawia fragment zespołu wspomagania obrotu wirnika; a) - w widoku z boku, b) - w przekroju poprzecznym fig. 9 - przedstawia górny zespół kół balansowych w widoku z boku, fig. 10 - przedstawia dolny zespół kół balansowych w widoku z boku.

Turbina wieżowa, hybrydowa zawiera cylindryczną podstawę 2, wewnątrz której usytuowany jest toroidalny basen 3, wypełniony wodą, w którym umieszczony jest toroidalny ponton 15. W pionowej osi symetrii cylindrycznej podstawy 2 usytuowany jest osiowy fundament 24, na którym osadzonych jest osiem górnych zespołów kół balansowych 19, z których każdy zawiera generator 23.

Między wewnętrzną ścianką basenu 3 a zewnętrzną ścianką osiowego fundamentu 24 usytuowany jest kanał stabilizacyjny 16, w którym osadzony jest cylindryczny element stabilizujący 17, zamocowany od góry do dolnej płaszczyzny płyty pierścieniowej 5. Natomiast w dolnej części kanału stabilizacyjnego 16 i cylindrycznego elementu stabilizującego 17 rozmieszczonych jest obwodowo osiem dolnych zespołów kół balansowych 18, z których każdy wyposażony jest w sprężarkę 25.

Natomiast na płaszczyźnie osiowego fundamentu 24 rozmieszczonych jest osiem górnych zespołów kół balansowych 19 z których każdy zawiera generator 23.

Na wewnętrznej pionowej ściance płyty pierścieniowej 5 usytuowany jest wieniec zębaty 20, napędzający generatory 23, zamocowane na osiowym fundamencie 24.

Na zewnętrznej pionowej ściance płyty pierścieniowej 5 usytuowany jest wieniec zębaty 20, napędzający generatory 23, na osiowym fundamencie 24. Na górnej płaszczyźnie płyty pierścieniowej 5 rozmieszczonych jest osiem sprężarek 12, zasilanych energią z ogniw fotowoltaicznych 22, natomiast sprężone powietrze ze sprężarek kierowane jest do zbiornika sprężonego powietrza 7.

W dolnej części podstawy cylindrycznej 2, na ściance basenu 3, obwodowo usytuowany jest zespół wspomagania obrotów wirnika 4, zawierający wieniec odrzutowy 13, natomiast na tej samej wysokości wokół zewnętrznej ścianki pontonu 15 rozmieszczonych osiem pomp wodnych 14 z dyszami, zasilanych sprężonym powietrzem ze zbiornika sprężonego powietrza 7. Zadaniem pomp wodnych 14 jest wytwarzanie dodatkowego momentu obrotowego pontonu 15.

Nad płytą pierścieniową 5 usytuowane jest pomieszczenie techniczne 26, gdzie na suficie zamocowany jest dźwig 27 z zawiesiem linowym wykorzystywany do prac serwisowych.

Na płycie pierścieniowej 5, zamocowanej do pontonu 15, osadzony jest wirnik 4, zawierający dziesięć skrzydeł 6, usytuowanych wokół ścianki zbiornika sprężonego powietrza 7. Skrzydło 6 stanowi profilowana pionowa ścianka 8, z poziomo usytuowanymi żebrami 9, w ilości siedemnastu sztuk, usytuowanymi jedno nad drugim 10. Żebra 9 od drugiego do przedostatniego mają wykonany otwór w którym zamocowany jest filar owiewny 10, tworzący z pionową krawędzią profilowanej ścianki 8 gardziel 11 skrzydła 6, co przy wiejącym wietrze powoduje wytworzenie określonego momentu obrotowego dla wirnika 4, którego wielkość jest proporcjonalna do siły wiatru.

Na części wewnętrznej płaszczyzny pionowej ścianki 8 skrzydła 6 usytuowane są ogniwa fotowoltaiczne 22, przy czym energia elektryczna z ogniw fotowoltaicznych zasila sprężarki 12 produkujące sprężone powietrze magazynowane w zbiorniku 7.

W przypadku słabego wiatru lub jego zaniku turbina obraca się w dalszym ciągu wytwarzając energię elektryczną dzięki pracy zespołu wspomagania obrotów wirnika 4, gdzie pompy wodne z dyszami 14 wyrzucające strumień z określoną prędkością w kierunku wieńca odrzutowego 13 wytwarzają moment obrotowy pontonu 15 i wirnika 4 turbiny.

Claims (9)

1. Turbina wieżowa, hybrydowa zawierająca zespół wirnika o pionowej osi, ze skrzydłami, zamocowanymi wokół osi wirnika, znamienna tym, że zawiera podstawę (2) turbiny, z basenem (3) wypełnionym wodą i usytuowanym w nim pontonem (15) oraz płytą pierścieniową (5) na których osadzony jest wirnik (4), w formie wieży, zawierającej co najmniej trzy skrzydła (6), osadzone wokół pio4

PL 223 569 B1 nowej ścianki cylindrycznego zbiornika sprężonego powietrza (7), przy czym wewnątrz cylindrycznej podstawy (2) koncentrycznie usytuowany jest osiowy fundament (24).

2. Turbina według zastrz. 1, znamienna tym, że basen (3) i ponton (15) ma kształt toroidalny.

3. Turbina według zastrz. 1, znamienna tym, że skrzydło (6) stanowi profilowana pionowa ścianka (8) z poziomo usytuowanymi co najmniej dwoma żebrami (9), w których osadzony jest filar owiewny (10), tworzący z pionową ścianką (8) gardziel (11) skrzydła (6).

4. Turbina według zastrz. 1, znamienna tym, że podstawa (2) turbiny ma formę cylindryczną, w której wnętrzu usytuowany jest toroidalny basen (3) wypełniony wodą, w którym usytuowany jest toroidalny ponton (15) zamocowany górną częścią do płyty pierścieniowej (5), natomiast w kanale stabilizującym (16) usytuowany jest stabilizujący element cylindryczny (17), z co najmniej ośmioma dolnymi zespołami kół balansowych (18) ze sprężarkami (25), natomiast na osiowym fundamencie (24) rozmieszczonych jest co najmniej osiem górnych zespołów kół balansowych (19), każdy z generatorem (23).

5. Turbina według zastrz. 1, znamienna tym, że na pionowej wewnętrznej ściance płyty pierścieniowej (5) usytuowany jest wieniec zębaty (20) napędzający generatory (23).

6. Turbina według zastrz. 1, znamienna tym, że na górnej płaszczyźnie płyty pierścieniowej (5) rozmieszczone są sprężarki (12) zasilane ogniwami fotowoltaicznymi (22).

7. Turbina według zastrz. 1, znamienna tym, że na wewnętrznej ściance basenu (3), wokół jego dna, usytuowany jest wieniec odrzutowy (13), natomiast na identycznej wysokości zewnętrznej ścianki pontonu (15) rozmieszczonych jest co najmniej osiem pomp wodnych (14) napędzanych sprężonym powietrzem.

8. Turbina według zastrz. 1, znamienna tym, że na osiowym fundamencie (24) rozmieszczonych jest co najmniej osiem górnych zespołów kół balansowych (19), każdy z generatorem (23).

9. Turbina według zastrz. 1, znamienna tym, że na części wewnętrznej płaszczyzny pionowej ścianki (8) skrzydła (6) usytuowane są ogniwa fotowoltaiczne (22).