PL229846B1

PL229846B1 - Air diffuser for the segment of a wind turbine with vertical rotation axis

Info

Publication number: PL229846B1
Application number: PL407921A
Authority: PL
Inventors: Adam Jeznach
Original assignee: Adam Jeznach
Priority date: 2014-04-16
Filing date: 2014-04-16
Publication date: 2018-08-31
Also published as: PL407921A1

Abstract

Wynalazek rozwiązuje zagadnienie konstrukcji dyfuzora powietrza do segmentu turbiny wiatrowej o pionowej osi obrotu, umożliwiającego zwiększenie sprawności i wydajności turbiny. Dyfuzor (1) stanowi powtarzalny element zintegrowany z segmentem (3). Jest on utworzony przez górną połać (11) i dolną połać (12), pomiędzy którymi znajdują się łukowo wyprofilowane ściany, rozchodzące się promieniście od rurowych rozpórek podstaw obudowy wirnika do połączonych z nimi na przeciwnych końcach rurami zewnętrznych nośnych słupów. Mniej więcej pośrodku swej długości łukowo wyprofilowane ściany są przymocowane do rur środkowych nośnych słupów, ponadto pomiędzy łukowo wyprofilowanymi ścianami, górną połacią (11) i dolną połacią (12) są utworzone jednakowej wielkości połaciowe części, stanowiące dolotowe kanały kierunkowych dysz o przekroju prostokąta, którego szerokość maleje ku wylotowi na łopaty wirnika.The invention solves the problem of designing an air diffuser for a segment of a wind turbine with a vertical axis of rotation, which enables the efficiency and performance of the turbine to be increased. The diffuser (1) is a repeating element integrated with the segment (3). It is made up of an upper flap (11) and a lower flap (12), between which are arched-shaped walls radiating out from the tubular struts of the rotor casing bases to the outer load-bearing columns connected to them at opposite ends by pipes. Approximately in the middle of their length, the arched walls are attached to the central pipes of the supporting pillars, moreover, between the arched walls, the upper roof (11) and the lower roof (12), there are sections of equal size, constituting inlet channels of directional nozzles with a rectangular cross-section, which the width decreases towards the outlet on the rotor blades.

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest dyfuzor powietrza do segmentu turbiny wiatrowej o pionowej osi obrotu, stanowiący powtarzalny element składowy segmentów wieży turbiny wiatrowej o pionowej osi obrotu, gdzie energia wiatru jest przenoszona z łopat wirnika przez oś pionową i sprzęgła na przekładnię, a następnie na wał generatora prądu, połączony z odbiornikiem prądu.The subject of the invention is an air diffuser for a segment of a wind turbine with a vertical axis of rotation, constituting a repeatable component of segments of a wind turbine tower with a vertical axis of rotation, where wind energy is transferred from the rotor blades through the vertical axis and clutches to the gear, and then to the shaft of the power generator, connected to the current receiver.

Ze zgłoszenia polskiego wynalazku za nr P-405 415, znana jest wielosegmentowa turbina wiatrowa o pionowej osi obrotu.From the Polish patent application no. P-405 415, a multi-segment wind turbine with a vertical axis of rotation is known.

Turbina ta składa się z odrębnych turbin-segmentów, gdzie co najmniej jeden segment jest wyposażony w co najmniej jeden dodatkowy wieniec i nadstawki. Do wieńca albo do nadstawek znajdujących się poniżej jest przymocowany wieniec zestawiony z ośmiu płatów oraz z ośmiu dolnych i ośmiu górnych osłon, tworzących zamkniętą strukturę. Ze względu na konstrukcję opisana turbina wyróżnia się niewystarczającą sprawnością.The turbine consists of separate turbine-segments, where at least one segment is equipped with at least one additional ring and extensions. A rim composed of eight panels and eight lower and eight upper covers, forming a closed structure, is attached to the wreath or to the extensions below. Due to its design, the described turbine is distinguished by insufficient efficiency.

Z opisu polskiego wynalazku, chronionego patentem nr PL 218 391, znana jest siłownia wiatrowa o pionowej osi obrotu. Jej dyfuzor jest powtarzalnym elementem montowanym współosiowo z wirnikiem na pionowym wale, jeden dyfuzor nad drugim.From the description of the Polish invention, protected by patent no. PL 218 391, a wind turbine with a vertical axis of rotation is known. Its diffuser is a repeatable element mounted coaxially with the impeller on a vertical shaft, one diffuser above the other.

Poszczególne segmenty turbiny mają wirnik wyposażony w górną i dolną podstawę. Piasty są osadzone na osi, na nośnych słupach segmentów, połączonych z mocowaniami zakotwionymi w podstawie. Dyfuzory mają połacie i rozmieszczone pomiędzy nimi kierownice. Pośrodku niektórych kierownic są rury nośnych słupów. Kierownice wraz z fragmentami poziomych połaci tworzą dolotowe kanały o przekroju prostokątnym.The individual segments of the turbine have a rotor equipped with an upper and lower base. The hubs are pivotally mounted on segment bearing posts connected to the fixings anchored in the base. The diffusers have slopes and blades arranged between them. In the center of some of the handlebars are the tubes of the supporting pillars. Blades together with fragments of horizontal slopes form inlet ducts with a rectangular cross-section.

Z opisu wynalazku chronionego patentem nr PL 218 633, znany jest silnik wiatrowy. Ma on łukowo wyprofilowane kierownice oparte na rurowych rozpórkach, na końcach bliższych osi turbiny, a także na zewnętrznych nośnych słupach.A wind turbine is known from the description of the invention protected by patent No. PL 218 633. It has arc-shaped blades based on tubular struts at the ends closer to the turbine axis, as well as on external load-bearing pillars.

Celem rozwiązania jest opracowanie konstrukcji dyfuzora powietrza, współpracującego z segmentem turbiny wiatrowej o pionowej osi obrotu, umożliwiającego wyeliminowanie dotychczasowych niedogodności i opracowanie budowy dyfuzora pozwalającego na zwiększenie sprawności i wydajności turbiny.The aim of the solution is to develop an air diffuser design, cooperating with the segment of a wind turbine with a vertical axis of rotation, enabling the elimination of the existing inconveniences and development of a diffuser structure allowing to increase the efficiency and performance of the turbine.

Dyfuzor, zgodnie z rozwiązaniem jest powtarzalnym elementem składowym turbiny wiatrowej o budowie segmentowej i o pionowej osi obrotu. Dyfuzory, według wynalazku są montowane współosiowo z segmentami turbiny na pionowym wale, jeden nad drugim. Każdy segment turbiny wiatrowej składa się z obudowy wirnika, którą tworzą górna podstawa i dolna podstawa o zarysie koła, z wmontowanymi pomiędzy tymi podstawami rurowymi rozpórkami oraz piastami osadzonymi osiowo w podstawach osi wirnika. Wewnątrz obudowy zamontowany jest wirnik z łopatami, którego pionowy wał na końcach ma złącza elementów sprzęgowych. Obudowa wirnika jest zainstalowana na nośnych słupach segmentów, połączonych z mocowaniami zakotwionymi w żelbetowej podstawie wieży, rozmieszczonymi promieniście wokół osi turbiny. Nośne słupy segmentów umożliwiają nadbudowywanie kolejnych segmentów.The diffuser, in accordance with the solution, is a repeatable component of a wind turbine with a segmented structure and a vertical axis of rotation. The diffusers according to the invention are mounted coaxially with the segments of the turbine on a vertical shaft, one above the other. Each segment of the wind turbine consists of a rotor housing, which is formed by an upper base and a lower base with a circular shape, with tubular struts mounted between these bases and hubs axially mounted on the rotor shaft bases. Inside the housing, a rotor with blades is mounted, the ends of which have a vertical shaft with couplings for coupling elements. The rotor casing is installed on the support columns of the segments connected to the fixings anchored in the reinforced concrete base of the tower, arranged radially around the axis of the turbine. The load-bearing columns of the segments enable the addition of subsequent segments.

Istotę wynalazku stanowi konstrukcja dyfuzora mocowanego do segmentu turbiny wiatrowej, środkową częścią zintegrowanego z obudową wirnika za pomocą rurowych rozpórek, trwale przymocowanych do górnej i do dolnej pokrywy obudowy wirnika. Rozpórki te są rozmieszczone na obwodzie, wzdłuż linii wyznaczonej przez zewnętrzny zarys obracającego się wirnika. Górna podstawa obudowy wirnika i dolna podstawa obudowy wirnika mają zarys koła. Dyfuzor tworzy górna połać i dolna połać z zamocowanymi pomiędzy nimi łukowo wyprofilowanymi ścianami. Ściany dyfuzora od strony zewnętrznego obwodu są przymocowane do rur zewnętrznych nośnych słupów, rozmieszczonych równomiernie na obwodzie, połączonych z mocowaniami zakotwionymi w żelbetowej podstawie wieży, stanowiącej fundament. Pośrodku swej długości ściany dyfuzora są przymocowane do rur środkowych nośnych słupów, również połączonych z mocowaniami zakotwionymi w żelbetowej podstawie wieży. Natomiast od strony wylotu na łopaty wirnika, ściany dyfuzora są przymocowane do rurowych rozpórek pomiędzy podstawami obudowy wirnika.The essence of the invention is the structure of the diffuser attached to the segment of the wind turbine with the middle part of the rotor integrated with the housing by means of tubular struts, permanently attached to the upper and lower cover of the rotor housing. The spacers are circumferentially distributed along a line defined by the outer contour of the rotating rotor. The upper rotorcase base and the lower rotorcase base are circular in shape. The diffuser forms the upper and lower plane with arched, profiled walls between them. The walls of the diffuser on the outer perimeter are attached to the outer tubes of the supporting columns, evenly spaced around the perimeter, connected to the fasteners anchored in the reinforced concrete base of the tower, which is the foundation. In the center of their length, the diffuser walls are attached to the middle tubes of the supporting columns, also connected to the fasteners anchored in the reinforced concrete base of the tower. On the side of the outlet onto the rotor blades, the diffuser walls are attached to tubular struts between the bases of the rotor housing.

Łukowo wyprofilowane ściany dyfuzora, rozchodzące się promieniście od rurowych rozpórek obudowy wirnika ku zewnętrznym nośnym słupom, dzielą wewnętrzną przestrzeń dyfuzora na jednakowej wielkości połaciowe części. Wszystkie połaciowe części dyfuzora mają ten sam kształt i wymiar. Połaciowe części ograniczone są po bokach łukowo wyprofilowanymi ścianami dyfuzora, zaś od góry i u dołu powierzchnią górnej połaci i dolnej połaci. Połaciowe części tworzą dolotowe kanały kierunkowych dysz o przekroju prostokąta. Szerokość przekroju kierunkowych dysz maleje ku wylotowi na łopaty silnika.The arched diffuser walls, radiating radially from the tubular struts of the rotor housing to the outer load-bearing pillars, divide the inner space of the diffuser into equal-sized roof parts. All diffuser roof parts have the same shape and size. The roof parts are bounded on the sides by the arched diffuser walls, and at the top and bottom by the surface of the upper roof and lower roof. The slope parts form the inlet channels of the directional nozzles with a rectangular cross-section. The cross-sectional width of the directional nozzles decreases towards the exit to the engine blades.

Promień krzywizny ścian dyfuzora odpowiada odcinkowi obwodu koła o średnicy równej sumie dwukrotnej średnicy wirnika i dwukrotnej średnicy łopat wirnika, ukształtowanych w formie półkoliThe radius of curvature of the diffuser walls corresponds to the circumference of the circle with a diameter equal to the sum of twice the rotor diameter and twice the diameter of the rotor blades, shaped in the form of semicircles

PL 229 846 B1 w przekroju poprzecznym. Średnica łopat wynosi 1/5 średnicy wirnika. Rozwartość kąta pomiędzy stycznymi do kierunkowych dysz wynosi od 12° do 16°. Szerokość prostokątnego przekroju kierunkowych dysz na wylocie na łopaty wirnika nie przekracza długości średnicy łopat wirnika. Wysokość kierunkowych dysz dyfuzora odpowiada odległości pomiędzy pokrywami obudowy wirnika, przy czym odległość ta jest mniejsza lub równa odcinkowi odpowiadającemu 1,5 średnicy wirnika.PL 229 846 B1 in cross section. The blade diameter is 1/5 of the rotor diameter. The angle opening between tangential to directional nozzles is 12 ° to 16 °. The width of the rectangular section of the directional nozzles at the exit to the rotor blades shall not exceed the length of the rotor blade diameter. The height of the directional nozzles of the diffuser corresponds to the distance between the rotor housing covers, this distance being less than or equal to a section corresponding to 1.5 times the rotor diameter.

Ściany dyfuzora są połączone z górną i z dolną połacią dyfuzora górnymi i dolnymi krawędziami, przymocowanymi do górnej i do dolnej połaci za pomocą złączeniowych elementów, wyprofilowanych łukowo, mających w przekroju poprzecznym zarys kątownika. Promień krzywizn złączeniowych elementów jest równy promieniowi krzywizn ścian dyfuzora.The diffuser walls are connected to the upper and lower diffuser sheets by upper and lower edges fixed to the upper and lower roof by means of arc-shaped joining elements having an angle section in the cross-section. The radius of the junction curvatures of the elements is equal to the radius of curvatures of the diffuser walls.

Pionowe krawędzie ścian dyfuzora od strony wirnika są połączone z pionowymi rurowymi rozpórkami obudowy wirnika, zaś po przeciwnej stronie z rurami zewnętrznych nośnych słupów. Krawędzie tych połączeń są zaokrąglone, co umożliwia zminimalizowanie efektu krawędziowego.The vertical edges of the diffuser walls on the rotor side are connected to the vertical tubular struts of the rotor housing, and on the opposite side to the tubes of the outer support columns. The edges of these joints are rounded to minimize the edge effect.

Liczbę dolotowych dysz można dowolnie kształtować liczbą łukowo wyprofilowanych ścian dyfuzora, dostosowując tym samym urządzenie do aktualnych wymogów technicznych i eksploatacyjnych. Krzywizna ścianek dyfuzora jest tak dobrana, aby kąt zakrzywienia strugi powietrza był w przedziale 12-16 stopni, korzystnie 15 stopni.The number of inlet nozzles can be freely adjusted with the number of arched diffuser walls, thus adapting the device to the current technical and operational requirements. The curvature of the diffuser walls is selected so that the angle of the air stream is in the range of 12-16 degrees, preferably 15 degrees.

Nad górną połacią dyfuzora, w wolnej przestrzeni pomiędzy kolejnym, montowanym na nim dyfuzorem, są zamontowane usztywniające, poziome dźwigary z krzyżującymi się żebrami. Żebra łączą najbliżej siebie położone, rury zewnętrznych nośnych słupów z rurami nośnych środkowych słupów, tworząc poziomy, powtarzalny układ dźwigarów na zewnętrznym obwodzie dyfuzora. Usztywniające, poziome dźwigary nadają szkieletowej konstrukcji dyfuzora sztywność i zabezpieczają urządzenie przed naporem bocznego wiatru.Above the top diffuser, in the free space between the next diffuser mounted on it, there are stiffening horizontal girders with crossing ribs. The ribs connect the closest outer support tubes to the middle support columns to form a horizontal, repeating pattern of girders around the outer periphery of the diffuser. Stiffening, horizontal girders give the skeleton structure of the diffuser rigidity and protect the device against side wind pressure.

Odpowiednio łukowo wyprofilowane ścianki, tworzące zwężające się ku wylotowi dolotowe dysze zapewniają wzrost wydajności turbiny w stosunku do wcześniej znanych rozwiązań, dzięki uzyskaniu na wyjściu dolotowej dyszy zwiększenia objętości i prędkości powietrza od 40 do 90%. Zaokrąglone obrzeża na wylocie dysz pozwalają zminimalizować efekt krawędziowy i tym samym zapewnić turbinie jeszcze większą sprawność.Properly arched walls, forming the inlet nozzles narrowing towards the outlet, increase the efficiency of the turbine in relation to the previously known solutions, thanks to the increase in the volume and air velocity at the outlet of the inlet nozzle from 40 to 90%. The rounded edges at the outlet of the nozzles minimize the edge effect and thus provide the turbine with even greater efficiency.

Rozwiązanie, zgodnie z wynalazkiem wyróżnia się sztywnością, stabilnością, odpornością na odchyły od osi pionowej spowodowane podmuchami wiatru. Stabilność konstrukcji zapewnia połączenie nośnych słupów zewnętrznych, nośnych słupów środkowych oraz nośnych słupów segmentów z mocowaniami zakotwionymi w żelbetowej podstawie wieży. Mocowania te odznaczają się ma sywnością, dużą wytrzymałością mechaniczną. Mają one postać masywnych stalowych trzpieni lub grubościennych blach, trwale połączonych z kotwami. O sztywności urządzenia i jego odporności na odchyły decyduje również sposób mocowania kolejnych elementów nośnych słupów, mających postać rur. Rury te są ze sobą łączone za pomocą trzpieni montowanych w gniazdach „na wcisk”, przy czym tak utworzone połączenia są zespalane za pomocą poprzecznie instalowanych śrub.The solution according to the invention is distinguished by stiffness, stability, resistance to deviations from the vertical axis caused by gusts of wind. The stability of the structure is ensured by the connection of load-bearing external columns, load-bearing middle columns and load-bearing segment columns with fasteners anchored in the reinforced concrete base of the tower. These fasteners are characterized by their liveliness and high mechanical strength. They are in the form of massive steel pins or thick-walled sheets permanently connected to the anchors. The method of fastening subsequent load-bearing elements of the columns in the form of pipes also determines the rigidity of the device and its resistance to deviations. These pipes are connected with each other by means of pins mounted in "press fit" sockets, the joints thus formed being joined by means of transversely installed bolts.

Dyfuzor, zgodnie z rozwiązaniem dzięki dającym się demontować elementom składowym jest łatwy do przewiezienia transportem kołowym na stanowisko pracy i zamontowania. Realizacja wynalazku umożliwia uzyskanie na wylocie na łopaty wirnika zwiększonej masy i prędkości powietrza proporcjonalnie do prędkości wiatru. Zastosowanie w rozwiązaniu dźwigarów z usztywniającymi żebrami zapewnia urządzeniu sztywność, stabilność mimo naporu wiatru. Segmentowa budowa nośnych słupów pozwala na nadbudowywanie kolejnych segmentów z zachowaniem pewności co do bezpieczeństwa budowli.The diffuser, in accordance with the solution, is easy to transport and install by road transport to the workplace thanks to its removable components. The implementation of the invention makes it possible to obtain an increased mass and air speed proportional to the wind speed at the outlet to the rotor blades. The use of girders with stiffening ribs in the solution provides the device with rigidity and stability despite wind pressure. The segmental structure of load-bearing poles allows for the addition of subsequent segments with certainty as to the safety of the structure.

Przedmiot wynalazku został zaprezentowany na załączonym rysunku, na którym fig. 1 - pokazuje dyfuzor w widoku ogólnym, fig. 2 - ilustruje dyfuzor w widoku ogólnym, bez połaci górnej z uwidocznieniem krzywizn łukowo wyprofilowanych ścian dyfuzora i zmieniającego się kształtu dolotowych dysz, na odcinku od wlotu do wylotu na łopaty wirnika, fig. 3 - pokazuje dyfuzor w widoku z boku, fig. 4 - dyfuzor w przekroju poprzecznym A-A wraz ze szczegółem, fig. 5 - żelbetową podstawę wieży turbiny z uwidocznionymi, zakotwionymi w niej mocowaniami nośnych słupów, fig. 6 - pokazuje szczegół mocowania górnej i dolnej połaci ze ścianą dyfuzora za pomocą złączeniowych elementów, fig. 7 - połączenie rur nośnych słupów.The subject of the invention is presented in the attached drawing, in which fig. 1 - shows the diffuser in a general view, fig. 2 - shows the diffuser in a general view, without the upper part showing the curvature of the arched diffuser walls and the changing shape of the inlet nozzles, in the section from Fig. 3 - shows the diffuser in a side view, Fig. 4 - diffuser in cross-section AA with a detail, Fig. 5 - reinforced concrete base of the turbine tower with visible anchors of supporting poles anchored in it, Fig. 6 - shows a detail of fixing the upper and lower roof to the diffuser wall by means of joint elements, fig. 7 - connection of the support pipes of the columns.

Dyfuzor powietrza do segmentu turbiny wiatrowej o pionowej osi obrotu, według wynalazku stanowi jej powtarzalny element. Dyfuzory 1, zgodnie z rozwiązaniem są montowane współosiowo do pionowego wału 2 segmentu 3 turbiny, jeden nad drugim. Każdy segment 3 turbiny wiatrowej składa się z obudowy 4 wirnika 5. Obudowę 4 tworzą górna podstawa i dolna podstawa o zarysie koła, z wmontowanymi pomiędzy tymi podstawami rurowymi rozpórkami 6 oraz piastami osadzonymi osiowo na tych podstawach. Wewnątrz obudowy 4, w piastach na osi 7 osadzony jest pionowy wał 2 z końcówkamiAccording to the invention, the air diffuser for the vertical axis wind turbine segment is its repeating element. The diffusers 1, according to the solution, are mounted coaxially to the vertical shaft 2 of the turbine segment 3, one above the other. Each segment 3 of the wind turbine consists of a rotor casing 4 5. The casing 4 is formed by an upper base and a lower base with a circular contour, with tubular struts 6 mounted between these bases and the hubs axially mounted on these bases. Inside the housing 4, in the hubs on the axis 7, a vertical shaft 2 with ends is mounted

PL 229 846 B1 do połączeń sprzęgłowych, z którym jest połączony wirnik 5 wraz z wyposażeniem. Obudowa 4 wirnika 5 jest zainstalowana na nośnych słupach 8 segmentów 3, połączonych z mocowaniami 9 zakotwionymi w żelbetowej podstawie 10 wieży, wokół osi 7. Żelbetowa podstawa 10 stanowi fundament turbiny. Dyfuzor 1 jest zintegrowany z obudową 4 wirnika 5 za pomocą rurowych rozpórek 6, trwale przymocowanych do górnej i do dolnej podstawy obudowy 4 wirnika 5. Rurowe rozpórki 6 są rozmieszczone na obwodzie podstaw obudowy 4, wzdłuż linii wyznaczonej przez zewnętrzny zarys obracającego się wirnika 5. Podstawy obudowy 4 wirnika 5 mają zarys koła.For coupling connections to which the rotor 5 and its accessories are connected. The rotor casing 4 5 is installed on the supporting pillars 8 of the segments 3 connected to the fixings 9 anchored in the reinforced concrete base 10 of the tower around the axis 7. The reinforced concrete base 10 constitutes the foundation of the turbine. The diffuser 1 is integrated into the housing 4 of the rotor 5 by means of tubular struts 6 fixedly attached to the upper and lower bases of the rotor housing 4 5. The tubular struts 6 are arranged around the circumference of the bases of the housing 4, along a line defined by the outer contour of the rotating rotor 5. The rotor housing 5 bases 4 have a circular shape.

Dyfuzor 1 tworzy górna połać 11 i dolna połać 12 z przymocowanymi do nich łukowo wyprofilowanymi szesnastoma ścianami 13. Ściany 13 dyfuzora 1 od strony zewnętrznego obwodu są przymocowane do rur zewnętrznych nośnych słupów 8', rozmieszczonych w równych odstępach jeden od drugiego na obwodzie, przy czym najniżej usytuowane rury są połączone z mocowaniami 9', zakotwionymi w żelbetowej podstawie 10 wieży, stanowiącej fundament. Pośrodku swej długości łukowo wyprofilowane ściany 13 dyfuzora 1 są przymocowane do rur środkowych nośnych słupów 8'', z których najniżej położone są połączone z mocowaniami 9, zakotwionymi w żelbetowej podstawie 10 wieży. Od strony wylotu na łopaty 14 wirnika 5 łukowo wyprofilowane ściany 13 są połączone z rurowymi rozpórkami 6 pomiędzy podstawami, górną i dolną obudowy 4 wirnika 5. Łopaty 14 w przekroju poprzecznym mają zarys półkoli.The diffuser 1 forms the top sheet 11 and the bottom sheet 12 with sixteen arched walls 13 attached thereto. The walls 13 of the diffuser 1 on the outer periphery are attached to the outer tubes of the supporting columns 8 ', spaced equidistant from each other around the perimeter, whereby the lowest situated pipes are connected to the fasteners 9 ', anchored in the reinforced concrete base 10 of the tower constituting the foundation. In the middle of their length, the arched walls 13 of the diffuser 1 are attached to the middle pipes of the supporting columns 8 ", the lowest of which are connected to the fasteners 9, anchored to the reinforced concrete base 10 of the tower. From the outlet side to the blades 14 of the rotor 5, the arcuate-shaped walls 13 are connected to tubular struts 6 between the bases, the upper and lower housing 4 of the rotor 5. The blades 14 have a semicircular cross-section in cross-section.

Łukowo wyprofilowane ściany 13, rozchodząc się promieniście od rurowych rozpórek 6 obudowy 4 wirnika 5 ku zewnętrznym nośnym słupom 8', dzielą wewnętrzną przestrzeń dyfuzora 1 na jednakowej wielkości połaciowe części 15 o tym samym kształcie. Połaciowe części 15 ograniczone są po bokach łukowo wyprofilowanymi ścianami 13, zaś od góry górną połacią 11, natomiast u dołu dolną połacią 12. Połaciowe części 15 tworzą dolotowe kanały kierunkowych dysz 16 o przekroju prostokąta. Szerokość przekroju kierunkowych dysz 16 maleje ku wylotowi na łopaty 14 wirnika 5.The arcuate-shaped walls 13, radiating from the tubular struts 6 of the rotor casing 4 to the outer supporting pillars 8 ', divide the inner space of the diffuser 1 into equal-sized roof parts 15 of the same shape. The roof parts 15 are delimited at the sides by arched walls 13, and at the top by the upper roof 11, and at the bottom by the lower roof 12. The roof parts 15 form the inlet channels of the directional nozzles 16 with a rectangular cross-section. The cross-sectional width of the directional nozzles 16 decreases towards the blades 14 of the rotor 5.

Promień R krzywizny ścian 13 dyfuzora 1 odpowiada odcinkowi obwodu koła o średnicy równej sumie dwukrotnej średnicy Sw wirnika 5 i dwukrotnej średnicy Sł łopat 14 wirnika 5, przy czym średnica Sł łopat 14 stanowi 1/5 średnicy Sw wirnika 5. Kąt a rozwartości stycznych do kierunkowych dysz 16 wynosi 15°. Szerokość prostokątnego przekroju kierunkowych dysz 16 na wylocie na łopaty 14 wirnika 5 nie przekracza długości średnicy Sł łopat 14 wirnika 5. Wysokość kierunkowych dysz 16 dyfuzora 1 odpowiada odległości pomiędzy podstawami obudowy 4 wirnika 5, przy czym odległość ta jest równa odcinkowi odpowiadającemu 1,5 średnicy Sw wirnika 5.The radius R of the curvature of the walls 13 of the diffuser 1 corresponds to the circumference section of a circle with a diameter equal to the sum of two times the diameter Sw of the rotor 5 and twice the diameter Sł of the blades 14 of the rotor 5, with the diameter Sł of the blades 14 being 1/5 of the diameter Sw of the rotor 5. The angle a of the opening tangents to the directional of nozzles 16 is 15 °. The width of the rectangular cross-section of the directional nozzles 16 at the outlet for the blades 14 of the rotor 5 does not exceed the length of the diameter of the blades Sł of the blades 14 of the rotor 5. The height of the directional nozzles 16 of the diffuser 1 corresponds to the distance between the bases of the housing 4 of the rotor 5, this distance being equal to the section corresponding to 1.5 times the diameter Rotor sw 5.

Ściany 13 dyfuzora 1 są połączone z górną połacią 11 górnymi krawędziami i z dolną połacią 12 dolnymi krawędziami za pomocą łukowo wyprofilowanych złączeniowych elementów 17, które w przekroju poprzecznym mają zarys kątownika. Promienie krzywizny złączeniowych elementów 17 odpowiadają promieniowi R krzywizn ścian 13 dyfuzora 1. Pionowe krawędzie ścian 13 dyfuzora 1 od strony wirnika 5 są połączone z rurowymi rozpórkami 6 obudowy 4 wirnika 5, zaś po przeciwnej stronie z rurami zewnętrznych nośnych słupów 8'. Krawędzie połączeń ścian 13 z rurowymi rozpórkami 6 i z rurami zewnętrznych nośnych słupów 8' są zaokrąglone w celu zminimalizowania efektu krawędziowego na wlocie i wylocie.The walls 13 of the diffuser 1 are connected to the top sheet 11 by the top edges and to the bottom sheet 12 by the bottom edges by means of arcuately profiled joint elements 17 which have an angular profile in cross-section. The radii of curvature of the connecting elements 17 correspond to the radius R of the curvatures of the walls 13 of the diffuser 1. The vertical edges of the walls 13 of the diffuser 1 on the rotor side 5 are connected to the tubular struts 6 of the rotor casing 4, and on the opposite side to the tubes of the outer support columns 8 '. The connection edges of the walls 13 to the tubular struts 6 and to the tubes of the outer support columns 8 'are rounded to minimize the inlet and outlet edge effect.

Ściany 13 dyfuzora 1 pośrodku swej długości są przymocowane do usztywniających je rur środkowych nośnych słupów 8, z których najniżej położone są połączone z mocowaniami 9'' w postaci metalowych grubościennych blach, trwale połączonymi z kotwami osadzonymi w żelbetowej podstawie 10.The walls 13 of the diffuser 1 in the middle of their length are attached to the stiffening middle pipes of the supporting columns 8, the lowest of which are connected to the fasteners 9 '' in the form of thick-walled metal sheets, permanently connected to the anchors embedded in the reinforced concrete base 10.

Nad górną połacią 11 dyfuzora 1, w wolnej przestrzeni pomiędzy kolejnym, umieszczonym powyżej dyfuzorem 1, są zamontowane poziome, kratowe dźwigary 18. Żebra 18' poziomych dźwigarów 18 są skrzyżowane i łączą rury zewnętrznych nośnych słupów 8' z nośnymi środkowymi słupami 8'' segmentów 2, tworząc poziomy, powtarzalny układ dźwigarów 18 na zewnętrznym obwodzie dyfuzora 1.Above the roof 11 of the diffuser 1, in the free space between the next above diffuser 1, horizontal lattice girders 18 are mounted. The ribs 18 'of the horizontal girders 18 are crossed and connect the tubes of the outer supporting columns 8' to the supporting middle columns of the 8 '' segments 2 to form a horizontal, repeating pattern of girders 18 on the outer periphery of diffuser 1.

Mocowania 9 nośnych słupów 8 segmentów 3 są zakotwione w żelbetowej podstawie 10 i usytuowane w pobliżu osi 7, natomiast mocowania zewnętrznych nośnych słupów 8' są rozmieszczone wzdłuż okręgu najbardziej oddalonego od osi 7, a pomiędzy nimi znajdują się mocowania 9'' środkowych nośnych słupów 8. Poszczególne dyfuzory 1 turbiny wiatrowej, montowane jeden na drugim, wsparte są za pośrednictwem nośnych słupów 8, zewnętrznych nośnych słupów 8' i środkowych nośnych słupów 8 na mocowaniach 9, 9' i 9 zakotwionych w żelbetowej podstawie 10 i łączone jeden z drugim za pomocą połączeń, które tworzą gniazda 19 z montowanymi w nich „na wcisk” trzpieniami 20. Tak utworzone połączenie jest skręcane poprzecznie śrubami 21.The fasteners 9 of the supporting columns 8 of the segments 3 are anchored to the reinforced concrete base 10 and located near the axis 7, while the fasteners of the outer load-bearing columns 8 'are arranged along the circle furthest from the axis 7, and between them are the fasteners 9' 'of the central load-bearing columns 8 The individual diffusers 1 of the wind turbine, mounted on top of each other, are supported by load-bearing poles 8, external load-bearing poles 8 'and central load-bearing poles 8 on fasteners 9, 9' and 9 anchored in a reinforced concrete base 10 and connected to each other by means of connections that form the seats 19 with the pins 20 "pressed" into them. The connection thus formed is screwed transversely by screws 21.

Claims

1.Air diffuser for a vertical axis wind turbine segment, constituting a repeating element of the turbine, mounted coaxially with the turbine segments on a vertical shaft one above the other, where each turbine segment includes a rotor housing with an upper and lower base, hubs axially seated on the rotor axis with blades, and the rotor casing is installed on load-bearing segment posts, connected to the fixings anchored in the reinforced concrete base of the tower, integrated with the segment formed by the upper and lower flap, between which arched walls are installed, radiating from the tubular struts of the casing bases of the rotor to the outer bearing columns connected to them at the opposite ends of the pipes, and the width of the inlet channels decreases towards the outlet on the rotor blades, characterized in that in the center of their length, the arched walls (13) are attached to the middle pipes of the supporting columns (8) and between the arched walls (13), the upper section with the lead (11) and the lower plane (12) formed by equal-sized roof parts (15), constituting the inlet channels of directional nozzles (16) with a rectangular cross-section, and the radius (R) of curvature of the walls (13) is equal to the circumference of the circle with a diameter equal to the sum of two times the diameter (Sw) of the rotor (5) and twice the diameter (Sł) of the blades (14), and the diameter (Sł) of the blades (14) is 1/5 of the rotor diameter (5), and the connection edges of the walls (13) with the tubular struts (6) and with the tubes of the outer support pillars (8 ') are rounded, the blades (14) having a semicircular cross-section in cross-section.

2. A diffuser as claimed in claim 1 The method of claim 1, characterized in that the opening angle (a) of the tangent to the directional nozzles (16) is 13-16 °, and the width of the rectangular cross-section of the directional nozzles (16) at the exit to the blades (14) does not exceed the diameter (Sł) of the blades (14). ) of the rotor (5).

3. A diffuser as claimed in claim 1 A method as claimed in claim 1, characterized in that the height of the directional nozzles (16) is equal to the distance between the bases of the rotor (5) housing (4), the distance being less than or equal to the length of a section corresponding to 1.5 times the diameter (Sw) of the rotor (5).

4. A diffuser as claimed in claim 1 A diffuser as claimed in claim 1, characterized in that the diffuser walls (13) are connected to the upper roof (11) by upper edges and to the lower roof (12) by lower edges by means of arc-shaped joining elements (17) having an angle section in the cross-section, the radius of which is the curvature of the connection elements (17) is equal to the radius (R) of the curvatures of the walls (13).

5. A diffuser as claimed in claim 1 The method of claim 1, characterized in that it is a repeating element, mounted one above the other on the outer load-bearing poles (8 '), the central load-bearing poles (8) and the load-bearing poles (8), by means of pins (20) fixed in the sockets (19) and bolted transversely with the bolts (21).

6. A diffuser as claimed in claim 1 3. A method as claimed in claim 1, characterized in that the seats (19) of the lowermost support tubes of the columns (8), the outer load-bearing poles (8 ') and the middle load-bearing poles (8) are connected to the mountings (9), (9'), (9 "). ) anchored in a reinforced concrete base (10), in the form of massive steel pins or thick-walled sheets.

7. A diffuser as claimed in claim 1 The method of claim 1, characterized in that on its outer periphery, above the upper roof (11), it has horizontal lattice girders (18) formed of crossing ribs (18 ') connecting the pipes of the outer load-bearing pillars (8') with the support pipes the middle pillars (8).