PL224033B1 - Turbina wiatrowa o pionowej osi obrotu - Google Patents

Abstract

Turbina wiatrowa o pionowej osi obrotu, mająca wirnik, zbudowany z kilku segmentów płatów przesuniętych względem siebie kątowo, zamocowany z jednej strony do podstawy, a z drugiej strony do ramy płaskiej, przymocowanej do trzech wsporników, charakteryzuje się tym, że wyposażona jest w arkusze (6), korzystnie stalowe, umieszczone pomiędzy rurami (5) wsporników (4), tworząc dyfuzory, przy czym przekrój poprzeczny każdego arkusza (6) jest wycinkiem krzywej, korzystnie okręgu. Dyfuzory położone są na zewnątrz wirnika (1) i ustawione pod kątem do wirnika (1) tak, że wiatr, wiejący z dowolnej strony, jest ukierunkowany przez dyfuzory w kierunku wirnika (1). Oś obrotu, względem której następuje ustawienie kątowe dyfuzora, jest usytuowana równoległe do osi obrotu wirnika (1).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest turbina wiatrowa o pionowej osi obrotu typu Savonius stosowana, zwłaszcza do wytwarzania energii elektrycznej.

Znana turbina wiatrowa typu Savonius posiada wirnik utworzony z jednego lub więcej ustawionych jeden na drugim zespołów płatów. Każdy z zespołów płatów stanowi połówki walca przesunięte względem siebie tak, że ich różnica w oporze powietrza powoduje powstanie momentu obrotowego względem osi ich rozmieszczenia. Powoduje to powstanie ruchu obrotowego, który zamieniany jest najczęściej za pomocą generatora na energię elektryczną. Znane jest również przekazywanie napędu bezpośrednio do maszyny, na przykład wirnika pompy.

Znana turbina konstruowana jest z wałem stanowiącym oś obrotu, który położony jest na całej wysokości wirnika. Wirnik ma prostą podstawę, często w postaci masztu z ewentualnym dodatkowym elementem stabilizującym w postaci ramy lub tak zwanych odciągów.

Znane i stosowane turbiny wiatrowe o pionowej osi obrotu typu Savonius posiadają wysoki moment obrotowy ułatwiający start przy prędkościach wiatru niższych niż turbin wiatrowych o poziomych osiach obrotu. Do innych zalet znanych turbin można zaliczyć mniejsze drgania podczas pracy, brak konieczności ustawiania turbiny do kierunku wiatru, dużo lepszy odbiór wiatru bez względu na jego przepływ, czy to laminarny, czy turbulentny, co jest ważne w obszarach pracy o wielu przeszkodach np. w mieście. Ponadto stosowanie znanych turbin nie stwarza zagrożenia dla ptaków, nietoperzy itp.

Jednak występują również niedogodności. Znana turbina wiatrowa o pionowej osi obrotu posiada stosunkowo małą efektywność wyłapywania i ukierunkowywania wiatru na wirnik.

W celu wyeliminowania tej niedogodności, opracowano turbinę wiatrową o pionowej osi obrotu, która dzięki zastosowaniu dyfuzorów pozwala na zwiększenie przyrostu energii dla danego kierunku wiatru.

Turbina wiatrowa o pionowej osi obrotu według wynalazku, mająca wirnik zbudowany z kilku segmentów płatów przesuniętych względem siebie kątowo, zamocowany z jednej strony do podstawy, a z drugiej strony do ramy płaskiej przymocowanej do trzech wsporników, charakteryzuje się tym, że wyposażona jest w arkusze, korzystnie stalowe umieszczone pomiędzy rurami wsporników tworzące dyfuzory. Przekrój poprzeczny każdego arkusza, który tworzy dyfuzor jest wycinkiem krzywej, korzystnie okręgu.

Dyfuzory, korzystnie trzy dyfuzory położone są na zewnątrz wirnika i ustawione pod kątem do wirnika tak, że wiatr wiejący z dowolnej strony jest ukierunkowany przez dyfuzory w kierunku wirnika.

Oś obrotu, względem której następuje ustawienie kątowe dyfuzora jest usytuowana równolegle do osi obrotu wirnika.

Konstrukcja wsporcza wraz z rozpiętymi arkuszami blachy tworzy dyfuzory, które dzięki odpowiedniemu ustawieniu kątowemu względem wirnika turbiny powodują zwiększenie ilości przepływającego przez wirnik wiatru, powodując znaczący wzrost energii odbieranej przez turbinę w porównaniu z konstrukcją pozbawioną dyfuzorów. Ilość dodatkowo odebranej energii zależy od szerokości dyfuzorów, kąta ich ustawienia względem wirnika oraz promienia walca, którego są wycinkiem.

Stworzenie możliwości obracania dyfuzorów względem osi zamocowania zapewnia ustawienie dyfuzorów tak, aby uzyskać jeszcze większy przyrost energii dla danego wiatru oraz osłonięcie wirnika w przypadku szczególnie silnych wiatrów, mogących doprowadzić do uszkodzenia wirnika lub przeciążenia układu napędowego i generatora.

Wsporniki podtrzymujące ramę płaską stabilizują pracę wirnika przez uniemożliwianie mu wychyleń.

Przedmiot wynalazku przedstawiony jest w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 pokazuje turbinę wiatrową w widoku ogólnym, fig. 2 - turbinę wiatrową z dyfuzorami ustawionymi w położeniu osłaniającym wirnik od wiatru, fig. 3 - dyfuzor w przekroju poprzecznym.

Turbina wiatrowa o pionowej osi obrotu według wynalazku składa się z wirnika 1 zbudowanego z kilku segmentów płatów przesuniętych względem siebie kątowo. Każdy z segmentów wirnika 1 stanowi połówkę walca. Wirnik 1 zamocowany jest od dołu do podstawy 2, a od góry do ramy płaskiej 3 przymocowanej do trzech wsporników 4.

Podstawa 2 ma postać kratownicy przestrzennej, której wnętrze jest korzystnie jednocześnie miejscem zamocowania przekładni wraz z generatorem.

PL 224 033 B1

Wsporniki 4 złożone są z dwóch, pionowo usytuowanych rur 5 złączonych na dole i u góry za pomocą płaskowników 7. Pomiędzy rurami 5 każdego wspornika 4 rozpięty jest arkusz blachy 6, przy czym arkusz blachy 6 rozpięty jest tak, że jego przekrój jest wycinkiem krzywej, korzystnie okręgu, tworząc dyfuzor, którego parametry takie jak szerokość, typ i wymiary krzywej mogą być dostosowane do warunków wietrznych występujących w planowanym miejscu instalacji turbiny.

Dyfuzory ustawione są pod kątem do wirnika 1 tak, że wiatr wiejący z dowolnej strony jest ukierunkowany przez dyfuzory w kierunku wirnika 1. Oś obrotu, względem której następuje ustawienie kątowe dyfuzora jest usytuowana równolegle do osi obrotu wirnika 1. Oś ta może znajdować się na początku dyfuzora, na końcu lub w dowolnym innym miejscu na jego szerokości, zależnie od jego uwarunkowań konstrukcyjnych, między innymi jego szerokości.

Turbina wiatrowa wyposażona jest w trzy dyfuzory.

Obrót dyfuzorów może być realizowany dzięki zastosowaniu dodatkowych elementów napędowych, korzystnie takich jak siłowniki liniowe sterowane przez układ elektroniczny.

Claims (3)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Turbina wiatrowa o pionowej osi obrotu mająca wirnik zbudowany z segmentów płatów przesuniętych względem siebie kątowo, zamocowany z jednej strony do podstawy, a z drugiej strony do ramy płaskiej przymocowanej do wsporników, znamienna tym, że wyposażona jest w arkusze (6), korzystnie stalowe umieszczone pomiędzy rurami (5) wsporników (4) tworzące dyfuzory, kierujące wiatr w kierunku wirnika (1) lub osłaniające wirnik (1) przed wiatrem, przytwierdzone do ramy płaskiej (3), przy czym przekrój poprzeczny każdego arkusza (6) jest wycinkiem krzywej, korzystnie okręgu.
2. 2. Turbina według zastrz. 1, znamienna tym, że dyfuzory, korzystnie trzy dyfuzory położone są na zewnątrz wirnika (1) i ustawione pod kątem do wirnika (1) tak, że wiatr wiejący z dowolnej strony jest ukierunkowany przez dyfuzory w kierunku wirnika (1).
3. 3. Turbina według zastrz. 1, znamienna tym, że oś obrotu, względem której następuje ustawienie kątowe dyfuzora jest usytuowana równolegle do osi obrotu wirnika (1).