PL231450B1 - Wirnik turbiny wiatrowej - Google Patents

Abstract

Wirnik turbiny wiatrowej, utworzony z korpusu oraz trzech łopatek rozmieszczonych co 120 stopni charakteryzuje się tym, że na podstawie (1), do której zamocowany jest trzpień (5), osadzone są dzielone moduły (2), zbudowane z trzech identycznych kształtowych łopatek (3), pomiędzy którymi znajdują się łączniki (4), a od góry całość jest przykryta zamykającym elementem (6), przykręconym na trzpieniu (5) nakrętką (7).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest wirnik turbiny wiatrowej o pionowej osi obrotu stosowany w turbinach wiatrowych.

Znane jest rozwiązanie ze zgłoszenia patentowego numer CN103511178, w którym przedstawiono wirnik turbiny zawierający korpus oraz łopatki turbiny. Całość jest wykonana z materiału spieniającego się w trybie odlewania do formy. Łopatki skręcone są w kierunku przeciwnym do kierunku obrotu i rozmieszczone są po okręgu w odstępach co 120°. Całość umieszczona jest na wale pionowym osi turbiny wiatrowej. Każda łopatka jest wewnątrz wklęsła, natomiast na zewnątrz jest wypukła. Linia wewnętrzna tworząca wklęsłość jednej łopatki przechodzi w linię zewnętrzną kolejnej łopatki, tworząc jej wypukłość. Wymiary łopatek oraz ich krzywizny są zoptymalizowane poprzez średnicę i stosunek wysokości wychylenia w stosunku 1:2. Do wnętrza łopatek wdmuchiwane jest poprzez wiatr powietrze, tworząc różnicę ciśnień z przodu oraz z tyłu łopatki. W ten sposób łopatki mogą obracać się i napędzać turbinę do wytwarzania energii elektrycznej. Znane jest rozwiązanie z opisu patentowego nr CN1912384, w którym przedstawiono rozwiązanie turbiny wiatrowej o pionowej osi obrotu, składającej się z trzech łopat, wykorzystywanej w technologii silników wiatrowych. Wirnik turbiny wiatrowej o pionowej osi posiada trzy łopatki wykonane z łukowych cylindrycznych odcinków i połączone są one ze sobą płynnie tak, że jeden łuk przechodzi w drugi. Łopatki wykonane są z blachy o grubości h lub tworzywa sztucznego. Turbina posiada trzy główne ostrza w kształcie litery S oraz trzy ostrza dodatkowe. Ostrza dodatkowe mocowane są do ostrza głównego w miejscu, gdzie się styka początek jednego z wewnętrzną częścią drugiego ostrza. Miejsce to jest automatycznie wewnętrzną częścią łopatki. Geometria ostrza dodatkowego jest tak ułożona, że po przykręceniu go do ostrza głównego płaszczyzna jego skierowana jest do środka okręgu wyznaczonego przez promień ostrza głównego. Długość kątowa początkowej części ostrza głównego - części swobodnej - do miejsca połączenia z kolejnym ostrzem wynosi 40°, natomiast długość kątowa od początku do osi symetrii wynosi 120°. Wszystkie ostrza główne są ze sobą połączone w ten sam sposób, zachowując identyczną geometrię. Połączenie odbywa się za pomocą specjalnego uchwytu znajdującego się wewnątrz. Do uchwytu przykręcone są za pomocą śrub ostrza główne, a sam uchwyt w swojej konstrukcji posiada tulejkę centralną, stanowiącą miejsce osadzenia osi turbiny.

Znane jest również rozwiązanie według opisu patentowego nr CN102359433. W opisie tym ujawniono konstrukcję wirnika generatora o pionowej osi, który zawiera obrotowy wał wykonany ze stali Q235, i w którym więcej niż dwie łopatki są równomiernie rozmieszczone na tym wale i obracają się w kierunku obwodowym. Łopatki są w kształcie łuku cylindra, a wewnętrzna boczna krawędź łuku każdej łopatki ostrza jest odpowiednio połączona z wałem obrotowym. Górna krawędź i dolna krawędź każdego ostrza jest skręcona, a kąt skręcenia wynosi pomiędzy 60 a 180 stopni.

Każda łopatka w pobliżu wału posiada wiele otwartych otworów usytuowanych w kierunku osi, którymi przedostaje się wpadające powietrze i nakierowywane jest ono na kolejną łopatkę.

Wirnik od góry i od dołu posiada tarczę wykonaną z tworzywa sztucznego, która zamyka łopatki. Grubość łopatki jest zmienna i rozpoczyna się od cienkiej, stopniowo przechodząc w grubą i z powrotem przechodzi w cienką. Obszar najgrubszy jest w środkowej części łopatki.

Także w opisie patentowym CN202132172 ujawnione zostało rozwiązanie, opisujące wirnik turbiny wiatrowej, w którym na podstawie z zamocowanym trzpieniem osadzone są dzielone moduły. Zespół wirnika składa się z dwóch połówek, które rozciągają się spiralnie w kierunku osiowym, a elementem mocującym te dwie połówki wirnika są kształtne pierścienie mocujące. Połówka wirnika stworzona jest w całości z blachy lub tworzywa sztucznego. Cały wirnik składa się z pionowych części będących łopatkami łączonymi łącznikiem na trzpieniu. W rozwiązaniu tym następuje obrót łącznika z zamocowanymi łopatkami.

Przykładowe rozwiązania są skomplikowane w budowie oraz kosztowne w eksploatacji. Duże gabaryty sprawiają trudności w transporcie oraz w ich instalacji. Ich wykonanie niekiedy wiąże się z koniecznością użycia drogiego i skomplikowanego oprzyrządowania. Często mają małą sprawność wytwarzania energii oraz wysoki moment rozruchowy.

Celem wynalazku jest stworzenie prostej i niezawodnej konstrukcji modułowej wirnika turbiny wiatrowej o pionowej osi obrotu, o wysokiej sprawności wytwarzania energii. Ponadto wynalazek ma zapewniać szybki i łatwy montaż, a małe gabaryty pozwolą na nieuciążliwy transport.

PL 231 450 B1

Cel ten osiągnięto w rozwiązaniu według wynalazku, w którym wirnik turbiny wiatrowej utworzony z korpusu składającego się z podstawy, do której przymocowany jest trzpień oraz trzech łopatek rozmieszczonych co 120 stopni, charakteryzuje się tym, że na trzpieniu osadzone są dzielone moduły zbudowane z trzech identycznych kształtowych łopatek, pomiędzy którymi znajdują się łączniki, a wewnętrzną część kształtowej łopatki stanowi cylindryczna powierzchnia o długości kątowej od 180°do 200° pochylona na górze w kierunku obrotu wirnika, w środku tej łopatki znajduje się wgłębienie w postaci czaszy, zaś zewnętrzną powierzchnię łopatki stanowi cylindryczna powierzchnia o promieniu większym od promienia wewnętrznej części cylindrycznej powierzchni, łącząca się bezpośrednio z cylindryczną powierzchnią, tworząc zewnętrzny koniec łopatki, a środkowa powierzchnia znajdująca się pomiędzy cylindryczną powierzchnią i cylindryczną powierzchnią w środku wirnika w pobliżu trzpienia, tworząca wewnętrzny koniec łopatki, ma kształt identyczny jak kształt cylindrycznej powierzchni oraz posiada wzdłużne wycięcie o promieniu równym promieniowi trzpienia, zaś z góry i z dołu łopatki znajduje się kształtowe wgłębienie na łącznik oraz montażowe otwory na kołki, a cały wirnik od góry jest przykryty zamykającym elementem przykręconym na trzpieniu nakrętką.

Wirnik turbiny wiatrowej korzystnie ma w otworach kształtowych łopatek bazujące kołki łączące poszczególne moduły.

Wirnik turbiny wiatrowej charakteryzuje się tym, że w podstawie znajdują się kołki, które włożone są w montażowe otwory modułu.

Wirnik turbiny wiatrowej charakteryzuje się tym, że kształtowe wgłębienia w łopatkach tworzących moduł odpowiadają kształtowi łącznika.

Zaletą takiego rozwiązania jest prosta i niezawodna konstrukcja modułowa wirnika turbiny wiatrowej o pionowej osi obrotu, o wysokiej sprawności wytwarzania energii oraz o małych gabarytach, dzięki czemu możliwy jest łatwy i szybki transport oraz montaż.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania uwidoczniony jest na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia widok turbiny wiatrowej, fig. 2 przedstawia widok modułu wraz z łącznikiem, fig. 3 przedstawia widok łopatki kształtowej, a fig. 4 przedstawia widok trzpienia z nałożoną podstawą.

Wirnik turbiny wiatrowej jest utworzony z dziesięciu modułów 2 osadzonych na podstawie 1, do której wcześniej zamocowano stalowy trzpień 5 o średnicy 30 mm. Podstawę 1 stanowią trzy łukowate płaskowniki 15 o grubości 5 mm, połączone nierozłącznie poprzez spawanie z centralnie ustawionym łącznikiem 4. Płaskowniki 15 ustawione są względem siebie co 120°. Od dołu do łącznika 4 przyspawano nakrętkę 7 w postaci tulejki 17 z poprzecznym otworem, w który wkręcono śrubę M6 18. Po nałożeniu podstawy 1 na trzpień 5 dokręcono śrubę 18 nakrętki 7 powodując sztywne połączenie podstawy 1 z trzpieniem 5. Do każdego z płaskowników 15 podstawy 1 przyspawano w środkowej części po jednym kołku 14. Z tej samej strony co kołki 14, do przyspawanego łącznika 4 przyspawano jeszcze po dwa kołki 14 na każdym jego ramieniu 20. Po przeciwnej stronie przymocowano trzy gwintowane trzpienie 21 do połączenia z pozostałą częścią turbiny wiatrowej. Na każdy łącznik 4 nałożono łopatkę 3, w ten sposób, że kołki 14 znalazły się w odpowiednich otworach 12, ustalając w ten sposób położenie każdej łopatki 3. Tak ustawione łopatki 3 tworzą moduł 2. Każda środkowa płaszczyzna 16 każdej łopatki 3 ściśle przylega do cylindrycznej zewnętrznej powierzchni 9 poprzedzającej ją łopatki 3. Łopatka 3 wykonana jest z tworzywa sztucznego z 10% dodatkiem włókna szklanego, dzięki czemu z jednej strony zachowuje ona swoją sztywność i nie odkształca się, a z drugiej jest lekka i łatwa w wykonaniu. Wewnętrzną część kształtowej łopatki 3 stanowi cylindryczna płaszczyzna 8 o długości kątowej 200°, pochylona na górze do tyłu o kąt 12°. W środku tej płaszczyzny 8 znajduje się wgłębienie 19 o głębokości 5 mm w postaci czaszy o średnicy 200 mm. Krzywiznę wewnętrznej powierzchni 8 wykonano promieniem R500. Zewnętrzną powierzchnię 9 łopatki 3 stanowi równoległa do wewnętrznej powierzchni 8 - cylindryczna płaszczyzna 9 o promieniu R550 i łączy się na zewnątrz łopatki 3 bezpośrednio z cylindryczną płaszczyzną 8 o promienieniu R500. Środkowa płaszczyzna 16 łącząca obie te powierzchnie ma również kształt łuku o promieniu R550. Na końcu tej płaszczyzny 16 znajduje się wzdłużne wycięcie 11 o promieniu równym promieniowi trzpienia 5 t.j. R 30 mm. Od góry i od dołu w części środkowej w łopatce 3 wykonano kształtowe wgłębienia 10 odpowiadające 1/3 kształtu łącznika 3. Ponadto w środkowej części łopatki 3 oraz we wgłębieniu 10 wykonano otwory 12 o średnicy fi 5 mm. W otwory 12 po ustawieniu modułu 2 w podstawie 1 włożono kołki bazujące 13 i nałożono łącznik 4. Głębokość wykonanych otworów 12 odpowiada połowie wysokości bazującego kołka 13 i wynosi 50 mm. Kształt łącznika 4 wykonanego z blachy o grubości 6 mm odpowiada wgłębieniu powstałemu po połączeniu trzech łopatek 3 i wykonanych w nich kształtowych wgłębieniach 10. Łącznik 4 posiada trzy ramiona 20, które dodatkowo stabilizują konstrukcję i zabezpieczają przed przekręceniem

PL 231 450 B1 się względem siebie poszczególnych modułów 2. W taki sposób zamontowano kolejno na sobie dziesięć modułów 2 uzyskując w ten sposób wirnik turbiny wiatrowej o wysokości 2 metrów i średnicy zewnętrznej 0,8 m oraz promieniu skrętu 120°. Od góry na wirnik nałożono obróconą o 180° podstawę 1, której kołki 14 znalazły się w otworach 12 łopatek 3. Po dociśnięciu wszystkich elementów śrubą 18 nakrętki 7 zabezpieczono całość przed ewentualnym rozsunięciem.

Przedmiot według wynalazku może być stosowany w turbinach wiatrowych o pionowej osi obrotu oraz we wszystkich urządzeniach, gdzie praca mechaniczna w postaci ruchu obrotowego wirnika zamieniana jest na energię kinetyczną.

Claims (4)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Wirnik turbiny wiatrowej utworzony z korpusu składającego się z podstawy (1) , do której przymocowany jest trzpień (5) oraz trzech łopatek rozmieszczonych co 120 stopni, znamienny tym, że na trzpieniu (5) osadzone są dzielone moduły (2) zbudowane z trzech identycznych kształtowych łopatek (3), pomiędzy którymi znajdują się łączniki (4), a wewnętrzną część kształtowej łopatki (3) stanowi cylindryczna powierzchnia (8) o długości kątowej od 180°do 200° pochylona na górze w kierunku obrotu wirnika, w środku tej łopatki (3) znajduje się wgłębienie (19) w postaci czaszy, zaś zewnętrzną powierzchnię łopatki (3) stanowi cylindryczna powierzchnia (9) o promieniu większym od promienia wewnętrznej części cylindrycznej powierzchni (8), łącząca się bezpośrednio z cylindryczną powierzchnią (8), tworząc zewnętrzny koniec łopatki, a środkowa powierzchnia (16) znajdująca się pomiędzy cylindryczną powierzchnią (8) i cylindryczną powierzchnią (9) w środku wirnika w pobliżu trzpienia (5), tworząca wewnętrzny koniec łopatki, ma kształt identyczny jak kształt cylindrycznej powierzchni (9) oraz posiada wzdłużne wycięcie (11) o promieniu równym promieniowi trzpienia (5), zaś z góry i z dołu łopatki (3) znajduje się kształtowe wgłębienie (10) na łącznik (4) oraz montażowe otwory (12) na kołki (13, 14), a cały wirnik od góry jest przykryty zamykającym elementem (6) przykręconym na trzpieniu (5) nakrętką (7).
2. 2. Wirnik turbiny wiatrowej według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że w otworach (12) kształtowych łopatek (3) znajdują się bazujące kołki (13) łączące poszczególne moduły (2).
3. 3. Wirnik turbiny wiatrowej według zastrz. 1, znamienny tym, że w podstawie (1) znajdują się kołki (14), które włożone są w montażowe otwory (12) modułu (2).
4. 4. Wirnik turbiny wiatrowej według zastrz. 1, znamienny tym, że kształtowe wgłębienia (10) w łopatkach (3) tworzących moduł (2) odpowiadają kształtowi łącznika (4).