Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest turbina wiatrowa o pionowej osi obrotu, przeznaczona do współpracy z urządzeniami do wytwarzania prądu elektrycznego.
Obecnie duże zainteresowanie ekologicznymi, odnawialnymi sposobami wytwarzania energii elektrycznej przyniosło skutek w postaci pojawienia się znacznej liczby rozwiązań dotyczących turbin wiatrowych. Przykładowo z opisu patentu PL.218633 znany jest silnik wiatrowy posiadający wirnik o pionowej osi obrotu, wyposażony w łopatki. Na zewnątrz wirnika w obudowie, którą tworzą dwie tarcze, osadzone są wahliwie, wygięte łukowo kierownice, połączone z siłownikami elektrycznomechanicznymi, które kierują strumień powietrza na usytuowany a te z kolei poprzez układ sterujący są połączone z czujnikiem prędkości wiatru. Z innego opisu zgłoszenia wynalazku P.384672 znana jest turbina wiatrowa z samonastawnym dyfuzorem, która charakteryzuje się tym, że na konstrukcji turbiny z obu stron osi na gniazdach łożyskowych, posiada zamocowany w połowie opasujący turbinę stelaż, do którego są zamocowane - tworzące wycinek powierzchni walca - skrzydła dyfuzora, stanowiące razem samonastawny dyfuzor. Skrzydła dyfuzora zamocowane są, z możliwością obrotu, w zawiasach z łożyskami i za pomocą amortyzatorów pneumatycznych lub serwomotorów utrzymują stałą moc turbiny wiatrowej. Kolejny opis wzoru użytkowego Ru.65995 ujawnia silnik wiatrowy posiadający wirnik o pionowej osi obrotu. Na bębnie wirnika są nadstawki o łukowym kształcie. Wirnik jest otoczony obudową, którą tworzą łopatki zamocowane do tarcz i ustawione pod kątem ostrym. Pomiędzy wierzchołkami nadstawek a łopatkami jest minimalna szczelina.
Celem wynalazku jest opracowanie nowej konstrukcji turbiny wiatrowej o wysokiej sprawności.
Turbina wiatrowa według istoty wynalazku posiada cylindryczny wirnik osadzony trwale na pionowej, obrotowej osi, która jednocześnie i korzystnie stanowi oś usytuowanego wewnątrz urządzenia do wytwarzania prądu elektrycznego, na przykład generatora lub prądnicy. Oś turbiny ułożyskowana jest w obudowie, które stanowią tarcze górna i dolna, połączone, na zewnątrz wirnika, nieruchomymi łopatami zewnętrznymi, które mają postać śrubowo skręconych płatów o przekroju poprzecznym w kształcie łuku. Wirnik wyposażony jest w łopaty, o przekroju poprzecznym w kształcie łuku, wygiętego w stronę przeciwną do wygięcia łopat. Korzystnie, łopaty wirnika są śrubowo skręcone. Odległość a pomiędzy zewnętrznymi końcami łopat zewnętrznych a długością b odcinka prostopadłego do powierzchni łopaty zewnętrznej i wewnętrznym końcem sąsiedniej łopaty zewnętrznej spełnia zależność a = 2-3 b, zaś promień r1 łuku wygięcia łopaty zewnętrznej jest 2,5-3,0 razy większy od promienia r2 wygięcia łuku łopaty wirnika. Kąt linii śrubowej mierzony pomiędzy punktem połączenia krawędzi łopaty z tarczą górną a rzutem punktu połączenia tej samej krawędzi z tarczą dolną na płaszczyznę wewnętrzną tarczy górnej i punktem na osi turbiny jako wierzchołkiem wynosi 20-45°. Długość średnicy okręgu poprowadzonego po zewnętrznych końcach łopat zewnętrznych φC mieści się w zakresie 1,5-2,0 długości średnicy φΕ okręgu przechodzącego przez zewnętrzne końce łopat turbiny wirnika. Korzystnie prądnica zamontowana jest wewnątrz wirnika turbiny, a oś wirnika turbiny jest jednocześnie osią wirnika urządzenia do wytwarzania prądu elektrycznego, korzystnie prądnicy.
Dzięki odpowiedniemu wzajemnemu położeniu łopat, a także zastosowaniu śrubowej linii stałych łopat zewnętrznych turbiny poprawia się zdecydowanie efektywność przepływu powietrza, dzięki czemu turbina posiada zdecydowanie większą wydajność od dotychczasowych rozwiązań.
Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia widok aksonometryczny turbiny, fig. 2 - widok turbiny z boku, fig. 3 - przekrój A-A turbiny, fig. 4 - szczegół B zaznaczony na fig. 3.
P r z y k ł a d. Turbina wiatrowa posiada cylindryczny wirnik 1 osadzony trwale na pionowej, obrotowej osi 2, która, korzystnie, jest jednocześnie osią prądnicy 3 usytuowanej wewnątrz turbiny. Oś 2 turbiny ułożyskowana jest w obudowie, którą stanowią tarcze górna 4 i dolna 4 połączone, na zewnątrz wirnika 1, nieruchomymi łopatami zewnętrznymi 5, które mają postać śrubowo skręconych płatów o przekroju poprzecznym w kształcie łuku. Wirnik 1 wyposażony jest w śrubowo skręcone łopaty 6, o przekroju poprzecznym w kształcie łuku, wygiętego w stronę przeciwną do wygięcia śrubowo skręconych łopat 5. Odległość a pomiędzy zewnętrznymi końcami łopat zewnętrznych 5 stanowi dwukrotną długość b odcinka prostopadłego do powierzchni łopaty zewnętrznej 5 i wewnętrznym końcem sąsiedniej łopaty zewnętrznej 5L- Promień r1 łuku wygięcia każdej łopaty zewnętrznej 5 jest 2,5 krotnie większy od promienia r2 wygięcia łuku łopaty 6 wirnika 1. Kąt linii śrubowej mierzony pomiędzy punktem połączenia krawędzi łopaty 5 z tarczą górną 4 a rzutem punktu połączenia tej samej krawędzi z tarczą dolną 4' na płaszczyznę wewnętrzną tarczy górnej 4 i punktem na osi 2 turbiny jako wierzPL 226 941 B1 chołkiem wynosi 30°. Długość średnicy okręgu poprowadzonego po zewnętrznych końcach łopat 5 zewnętrznych φC wynosi 2 długości średnicy φE okręgu przechodzącego przez zewnętrzne końce łopat 6 turbiny wirnika 1.