PL224843B1 - Turbina wiatrowa - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest turbina wiatrowa z dyfuzorem wirującym.

Z europejskiego zgłoszenia patentowego nr EP2142793 znana jest turbina wiatrowa elektrowni wiatrowej o niskiej prędkości. Rozwiązanie to posiada wiele łopat wirnika oraz co najmniej dwa pierścienie przyspieszeń, które połączone są z łopatami wirnika. Pierścienie przyśpieszeń zawierają co najmniej dwa elementy prowadzące, które są oddalone od siebie, w kierunku promieniowym turbiny wiatrowej oraz kanał powietrzny w kierunku prostopadłym do płaszczyzny wyznaczonej przez turbinę wiatrową. Pierścień przyspieszeń jest usytuowany na zewnętrznej krawędzi turbiny wiatrowej.

Z europejskiego zgłoszenia patentowego nr EP2694805 znany jest dyfuzor turbin y wiatrowej, który posiada rozszerzony obszar wylotowy, który jest większy niż pole przekroju poprzecznego. Dyf uzor może składać się z jednego lub więcej pierścieni dyfuzora, z których co najmniej jeden stanowi osłonę turbiny. Każdy pierścień dyfuzora może mieć obszar wlotowy mniejszy niż obszar wylotowy bezpośrednio przed pierścieniem. Części wlotowej gniazda pierścieniowego, który nie jest zamknięty przez pierścień dolnej, mogą tworzyć dyfuzor wylotu tak, że całkowita powierzchnia wylotu dyfuzora jest większa niż powierzchnia przekroju poprzecznego.

Z europejskiego zgłoszenia patentowego nr EP2839146 znana jest elektrownia wiatrowa do produkcji energii z obrotowym koncentratorem wiatru zamocowanym na wale. Koncentrator ten powoduje wirowanie pierścienia, który pokryty jest płaszczem zewnętrznym w kształcie pierścienia. Elektrownia posiada wewnętrzne kanały przepływu rozmieszczone na obwodzie. Wyposażone są one w ostrza koncentrujące, rozmieszczone w układzie kołowym pomiędzy wałem i płaszczem zewnętrznym w kształcie pierścienia.

Z międzynarodowego zgłoszenia patentowego nr WO201364695 znany jest system energii wiatrowej, w którym opisano turbinę wiatrową z dyfuzorem, łopatami i piastą, do której zamocowane są wewnętrzne łopaty wirnika i wewnętrzne tylne łopaty wirnika.

Istotą turbiny wiatrowej posiadającej dyfuzor i łopaty połączone z piastą jest to, że do obrotowej piasty zamocowane są na stałe co najmniej trzy łopaty główne, na końcach których zamontowany jest na stałe jednoczęściowy dyfuzor. Od wewnętrznej strony dyfuzora, w płaszczyźnie obrotów łopat głównych zamocowane są obrotowo względem dyfuzora, łopatki obrotowe osadzone na osiach. Oś każdej łopatki znajduje się w tulei mocującej, która zamocowana jest jednym końcem do dźwigara pierścieniowego, znajdującego się wewnątrz powłoki dyfuzora. Na obu końcach wewnątrz tulei mocującej zamocowane są łożyska, zwłaszcza ślizgowe, natomiast połączenie tulei mocującej z dyfuzorem jest uszczelnione. Korzystnie łożyska na końcach tulei mocującej opierają się z jednej strony o łopatkę, a z drugiej strony o oś łopatek.

Na wystającej ponad tuleję końcówce osi wewnątrz dyfuzora jest zamocowana tuleja sterująca. Tuleją sterująca posiada na czole dwa ograniczniki, zaś w wytoczeniu tulei sterującej zamontowana jest jednym końcem pierwsza linka, na której jest obciążnik, a drugi koniec pierwszej linki zamocowany jest do dźwigara pierścieniowego znajdującego się wewnątrz dyfuzora. W drugim wytoczeniu tulei sterującej zamocowany jest koniec drugiej linki, a do drugiego końca tej linki zamocowany jest sprężysty element, który zamocowany jest do dźwigara pierścieniowego. Korzystnie wewnątrz dyfuzora znajduje się dźwigar pierścieniowy. Korzystnie na powierzchni zewnętrznej dyfuzora jest co najmniej jeden kanał, w którym znajdują się ściągi wzmacniające, korzystnie stalowe.

Turbina wiatrowa według wynalazku zapewnia wysoką wydajność zespołu wirników turbiny wiatrowej do konwersji naturalnej energii wiatru na energię mechaniczną. Umożliwia hamowanie aerod ynamiczne przy dużych prędkościach wiatru.

Turbina cechuje się małymi gabarytami w stosunku do generowanej mocy, a także cichą pracą, nie powodującą powstawania infradźwięków.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania jest uwidoczniony na rysunku, na którym Fig. 1 przedstawia widok izometryczny turbiny, Fig. 2 - widok turbiny z przodu, Fig. 3 - przekrój osiowy turbiny po linii A-A, Fig. 4 - przekrój poprzeczny turbiny po linii B-B, Fig. 5 - szczegół C łopatki, Fig. 6 szczegół D łopatki, Fig. 7 - przekrój E-E dźwigara, Fig. 8 - szczegół F mocowania łopatki.

Turbina wiatrowa składa się z piasty obrotowej 4, do której zamocowane są na stałe co najmniej trzy łopaty główne 1, na końcach których zamontowany jest na stałe dyfuzor 2. Od wewnętrznej strony dyfuzora 2 zamocowane są obrotowo względem dyfuzora 2 łopatki obrotowe 3 osadzone na osiach 5. Oś 5 łopatki obrotowej 3 znajduje się w tulei mocującej 7, która zamocowana jest jednym końcem do dźwigara pierścieniowego 13, znajdującego się wewnątrz dyfuzora 2. Na obu końcach tulejowego

PL 224 843 B1 otworu 7 zamocowane są łożyska 6 ślizgowe. Połączenie tulei mocującej 7 z powłoką 15 dyfuzora 2 jest uszczelnione. Łożyska 6 oparte są z jednej strony o łopatkę obrotową 3, a z drugiej strony o oś 5. Na końcu osi 5 wewnątrz dyfuzora 2 jest zamocowana na stałe tuleja sterująca 8, posiadająca na czole dwa ograniczniki 9. Do wytoczenia tulei sterującej 8 zamontowana jest jednym końcem pierwsza linka 10a, na której jest obciążnik 11, a drugi koniec pierwszej linki 10a przytwierdzony jest do dźwigara pierścieniowego 13 umieszczonego wewnątrz dyfuzora 2. Do drugiego wytoczenia tulei sterującej 8 zamocowany jest koniec drugiej linki 10b, a do drugiego końca tej drugiej linki 10b zamocowany jest element sprężysty 12, który przytwierdzony jest do dźwigara pierścieniowego 13. Od strony zewnętrznej turbiny na powłoce 15 dyfuzora 2 znajdują się kanały, w których ułożone są wzmacniające ściągi 14, korzystnie stalowe.

Działanie turbiny wiatrowej polega na tym, że strumień powietrza przepływając przez pole, ró wnolegle do osi obudowy, napotyka łopaty główne 1 o stałym kącie natarcia, do których zamocowany jest na stałe dyfuzor 2. Strumień powietrza napotyka również na łopatki obrotowe 3, które zamocowane są obrotowo do dyfuzora 2 w sposób umożliwiający zmianę kąta natarcia w stosunku do napływających strug powietrza. Zmianę kąta natarcia reguluje się mechanizmem regulatora odśrodkowego. Siła odśrodkowa działając na obciążnik 11 odchyla go na zewnątrz i poprzez pierwszą linkę 10a dr ugim końcem nawiniętą na tuleję sterującą 8 powoduje obrót osi 5 łopatki 3, zmienia jej kąt natarcia w zależności od siły wiatru a co za tym idzie prędkość obrotu turbiny. Działaniu pierwszej linki 10a i obciążnika 11 przeciwdziała siła wywoływana przez element sprężysty 12 zamocowany do dźwigara pierścieniowego, który zamocowany jest do końca drugiej linki 10b, której drugi koniec nawinięty jest na tuleję sterującą 8. Ograniczniki 9 w krańcowych położeniach opierają się o opór w uchwycie 7.

W stanie spoczynku, lub przy małych obrotach turbiny, łopatki obrotowe 3 ustawiane są z dużym kątem natarcia, dzięki czemu turbina obraca się wykorzystując małą prędkość wiatru. Ze wzr ostem strumienia powietrza, a co za tym idzie prędkości obrotowej turbiny kąt natarcia łopatek obrotowych 3 zmniejsza się dostosowując się do optymalnego działania wiatru na łopatki 3 obrotowe. Po przekroczeniu bezpiecznej granicy prędkości obrotowej turbiny wiatrowej, łopatki obrotowe 3 ustawia się w sposób wytwarzający ujemny kąt natarcia co powoduje wyhamowanie obrotów turbiny.

Wykaz oznaczeń

1. łopata główna

2. dyfuzor

3. łopatka

4. obrotowa piasta

5. oś łopatki

6. łożyska

7. tuleja mocująca

8. tuleja sterująca

9. ogranicznik

10a. pierwsza linka

10b. druga linka

11. obciążnik

12. element sprężysty

13. dźwigar pierścieniowy

14. linka wzmacniająca

15. powłoka dyfuzora

Claims (6)

1. Turbina wiatrowa posiadająca dyfuzor i łopaty połączone z piastą, znamienna tym, że do obrotowej piasty (4) zamocowane są na stałe co najmniej trzy łopaty główne (1), na końcach których zamontowany jest na stałe jednoczęściowy dyfuzor (2), zaś od wewnętrznej strony dyfuzora (2), w płaszczyźnie obrotów łopat głównych (1) zamocowane są obrotowo na osiach (5) łopatki obrotowe (3).

2. Turbina według zastrz. 1, znamienna tym, że oś łopatki (5) znajduje się w tulei mocującej (7), która zamocowana jest jednym końcem do dźwigara pierścieniowego (13), który znajduje się we4

PL 224 843 B1 wnątrz powłoki dyfuzora (15), natomiast na obu końcach wewnątrz tulei mocującej (7) zamocowane są łożyska (6), korzystnie ślizgowe, przy czym połączenie tulei mocującej (7) z dyfuzorem (2) jest uszczelnione.

3. Turbina według zastrz. 2, znamienna tym, że łożyska (6) na końcach tulei mocującej (7) opierają się z jednej strony o łopatkę (3), a z drugiej strony o oś (5).

4. Turbina według któregokolwiek z zastrz. 1-3 znamienna tym, że we wewnątrz dyfuzora (2) znajduje się dźwigar pierścieniowy (13).

5. Turbina według któregokolwiek z zastrz. 4, znamienna tym, że koniec osi (5) wewnątrz dyfuzora (2) połączony jest na stałe z tuleją sterującą (8), która posiada na czole dwa ograniczniki (9), zaś do pierwszego wytoczenia tulei sterującej (8) zamontowana jest jednym końcem pierwsza linka (10a), z obciążnikiem (11), a drugi koniec pierwszej linki (10a) zamocowany jest do dźwigara pierścieniowego (13), natomiast do drugiego wytoczenia w tulei sterującej (8) zamocowany jest koniec drugiej linki (10b), do której drugiego końca zamocowany jest element sprężysty (12), który zamocowany jest do dźwigara pierścieniowego (13).

6. Turbina według zastrz. 1-5, znamienna tym, że na powierzchni zewnętrznej dyfuzora (2) znajduje się co najmniej jeden kanał, w którym znajdują się ściągi wzmacniające (14) korzystnie stalowe.