PL69353Y1 - Turbina wiatrowa opionowej osi obrotu zkierownicami wiatru - Google Patents

Description

Opis wzoru

Przedmiotem wzoru użytkowego jest turbina wiatrowa o pionowej osi obrotu z kierownicami wiatru stosowana do przekształcenia energii wiatru na energię mechaniczną ruchu obrotowego. Turbina może być wykorzystana do napędzania prądnic wiatrowych w celu przetwarzania energii wiatru w energię elektryczną.

Znane są turbiny wiatrowe o pionowej osi obrotu wyposażone w promieniowo rozmieszczone łopaty równoległe do osi obrotu. Turbiny posiadają wirnik składający się z łopat, ramion i wału, przy czym do wału wirnika wspierającego się na łożyskach zamocowane są promieniście ramiona. Na końcach ramion w osi równoległej do osi wirnika zamocowane są obrotowo łopaty. Z opisu polskiego wynalazku oznaczonego numerem P.208206 znana jest kompaktowa, dwustopniowa turbina przepływowa zbudowana z zespolonej kierownicy oraz zespolonego wirnika wyposażonych w łopatki, przy czym łopatki kierownicy turbiny otaczają na całym obwodzie wirnik i są pogrupowane w wiele segmentów. Łopatki kierownicy oraz wirnika są połączone z wewnętrznymi bocznymi tarczami z otworami. Segmenty są obrócone względem siebie o połowę skoku łopatek, skręcając każdą przymocowaną do wału tarczę wirnika o % skoku łopatek. Zarysy kształtu łopatek mają w odniesieniu do zewnętrznego promienia danego wieńca, korzystnie wartość 0,26 dla wirnika, oraz 0,43 dla kierownicy z dopuszczalnymi odchyłkami mieszczącymi się w granicach ±10%. Stosunek szerokości łopatek wirnika do szerokości łopatek kierownicy stanowi korzystnie wartość 0,76 z odchyłkami w granicach ±20%. W znanych rozwiązaniach turbin o osi pionowej przy obrotowo zamocowanych łopatach na osi równoległej do osi wału kształt stosowanych łopat nie zapewnia optymalnego wykorzystania siły wiatru. Poza tym montaż i transport ciężkich urządzeń sprawia duże problemy logistyczne, ponieważ konstrukcje turbin wykonane głównie z metalu mają dużą masę, małą sztywność, a wirnik dużą bezwładność.

Celem niniejszego wzoru użytkowego jest podwyższenie wydajności i mocy turbiny poprzez zastosowanie wysokiej prędkości obrotowej wirnika i polepszenie przyspieszenia rozruchowego wirnika.

Istotą wzoru użytkowego jest turbina wiatrowa o pionowej osi obrotu z kierownicami wiatru zawierająca kierownicę i wirnik, na końcach których w poziomych dyskach zamocowane są wahliwie pionowe łopaty, charakteryzująca się tym, że profil łopaty wirnika utworzony jest przez sześć łuków o różnych promieniach i jest podzielony na dwa segmenty, z których pierwszy opisany jest trzema łukami o promieniach rozpiętych na trzech równych odcinkach wyznaczających długość, leżących na linii łączącej krańcowe punkty łuków o skrajnych promieniach. Drugi segment opisany jest trzema łukami o promieniach rozpiętych na odcinkach leżących na linii łączącej punkty krańcowe łuków o skrajnych promieniach.

Profil łopaty kierownicy utworzony jest przez trzy łuki o promieniach rozpiętych na trzech różnej długości odcinkach leżących na linii utworzonej przez końcowe punkty skrajnych łuków, a długości poszczególnych odcinków określających rozpiętość łuków są w stosunku 1:2:1.5 długości całego odcinka. Długości trzech łuków krzywej profilu wirnika są jednakowe, a długości trzech łuków utworzonych przez mniejsze promienie wynoszą kolejno 14, % i 14 długości łuku. Łopatki wirnika są dwuczęściowe, z których część dolna osadzona jest w dolnym i środkowym dysku wirnika, zaś część górna w środkowym i górnym dysku wirnika.

Turbina wiatrowa o osi pionowej obrotu z kierownicami wiatru zapewnia wysoką sprawność, którą uzyskano przez zastosowanie specjalnych profili łopat kierownic wiatru i łopat wirnika. Profile te, jak też geometria ich zamocowania sprężają powietrze wlotowe przed podaniem na łopaty rotora. Na wylocie powietrze jest rozprężane dzięki czemu uzyskujemy podciśnienie dodatkowo oddziałujące na wirnik w postaci oddanej energii.

Turbina według wynalazku praktycznie nie wymaga serwisu i okresowych przeglądów. Nie wymaga również stosowania dodatkowych hamulców na wypadek wiatrów huraganowych, ponieważ wirnik wytrzymuje bardzo dużą siłę odśrodkową. Samoistne hamowanie następuje przez obciążenie generatorem odpowiedniej mocy. Kształt łopat oraz zastosowanie bardzo lekkich i wytrzymałych kompozytów do ich budowy umożliwia start turbiny, który rozpoczyna się samoistnie już przy prędkości wiatru wynoszącym 1 m/sek.

Poza tym turbina przy stosunkowo niewielkiej masie pozwala uzyskać bardzo wysoką sztywność i wytrzymałość całego układu.

Przedmiot wzoru użytkowego uwidoczniony jest na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia turbinę wiatrową o pionowej osi obrotu z kierownicami wiatru w widoku z boku, fig. 2 przedstawia turbinę wiatrową o pionowej osi obrotu z kierownicami w widoku z góry, fig. 3 przedstawia profil łopaty kierownicy wiatru, a fig. 4 przedstawia profil łopaty wirnika. Turbina wiatrowa o pionowej osi obrotu z kierownicami wiatru stanowi konstrukcję nośną, w której na głównym wale 7 wirnika 12 wspierającego się na łożyskach 5 prostopadle do jego osi przymocowane są dwa poziome dyski 1 i 2, u góry dysk podstawy górnej 1, a u dołu dysk podstawy dolnej 2. Dyski podstaw 1 i 2 stanowią bazę do zamocowania podstaw 4 łopat 3 kierownic wiatru i bloków łożyskowych 5 wału 7 wirnika 12. W podstawach 4 przymocowanych do poziomego dysku podstawy górnej 1 i dysku podstawy dolnej 2 zamocowane są łopaty 3 kierownic wiatru, zaś w podstawach 11 wirnika 12 osadzone są łopaty 12A i 12B. Kąt zawarty pomiędzy promieniem R przechodzącym przez wewnętrzny koniec łopatki 12A lub 12B wirnika 12, a prostą łączącą oba jej końce wynosi od 30+40°. Profile łopat 12A, 12B wirnika 12 utworzone są przez sześć łukowo różnych promieniach Rw1, Rw2, Rw3, Rw4, Rw5, Rw6 i są podzielone na dwa segmenty. Pierwszy opisany jest trzema łukami Rw4, Rw5, Rw6 o promieniach rozpiętych na trzech równych odcinkach B wyznaczających długość Lw, leżących na linii łączącej punkty P1 i P2 łuków o promieniach Rw5, Rw3. Drugi segment opisany jest łukami o promieniach Rw1, Rw2, Rw3 rozpiętych na dwóch równych odcinkach A B i odcinku 'A B, leżących na linii łączącej punkty P2 i P3. Profil łopaty kierownicy 3 utworzony jest przez trzy łuki Rk1, Rk2, Rk3 o promieniach rozpiętych na trzech różnej długości odcinkach wyznaczających długość Lk, leżących na linii łączącej punkty R1 i R2. Długości poszczególnych odcinków określających rozpiętość łuków Rk1, Rk2, Rk3 są w stosunku 1:2:1 % długości A. Łopatki wirnika 12 są dwuczęściowe, z których część dolna 12A osadzona jest w dolnym dysku 10 i środkowym dysku 9 wirnika. Górna część łopatek 12B osadzona jest w środkowym dysku 9 i górnym dysku 8 wirnika. Obydwa dyski 1 oraz 2 tj. dysk podstawy górnej 1 i dysk podstawy dolnej 2 połączone są dystansowymi elementami wsporczymi 6, zazwyczaj w postaci wsporczych rur.

Claims (2)

1. Zastrzeżenia ochronne

   1. Turbina o osi pionowej z kierownicami wiatru zawierająca kierownicę i wirnik, na końcach których w poziomych dyskach zamocowane są wahliwie pionowe łopaty, znamienna tym, że profil łopaty (12A, 12B) wirnika (12) utworzony jest przez sześć łuków o różnych promieniach (Rw1, Rw2, Rw3, Rw4, Rw5, Rw6) i jest podzielony na dwa segmenty, z których pierwszy opisany jest trzema łukami (Rw4, Rw5, Rw6) o promieniach rozpiętych na trzech równych odcinkach (B) wyznaczających długość (Lw), leżących na linii łączącej punkty (P1) i (P2) łuków o promieniach (Rw5, Rw3), a drugi segment opisany łukami o promieniach (Rw1, Rw2, Rw3) rozpiętych na dwóch równych odcinkach (VzB) i odcinku (%B), leżących na linii łączącej punkty (P2) i (P3), zaś profil łopaty kierownicy (3) utworzony jest przez trzy łuki (Rk1, Rk2, Rk3) o promieniach rozpiętych na trzech różnej długości odcinkach wyznaczających długość (Lk), leżących na linii łączącej punkty (R1) i (R2), a długości poszczególnych odcinków określających rozpiętość łuków (Rk1, Rk2, Rk3) są w stosunku 1:2:1 długości (A).
2. 2. Turbina według zastrz. 1, znamienna tym, że łopaty (12A, 12B) wirnika (12) są dwuczęściowe, z których część dolna (12A) osadzona jest w dolnym dysku (10) i środkowym dysku (9) wirnika (12), a część górna (12B) w środkowym dysku (9) i górnym dysku (8) wirnika (12).