PL 72 831 Y1 2 Opis wzoru Przedmiotem wzoru uzytkowego jest elektrownia wiatrowa z turbinami przeciwbieznymi malych i srednich mocy. Znane sa konstrukcje generatora synchronicznego dwuwirnikowego z magnesami trwalymi i po- jedyncza sekcja indukowania sily elektromotorycznej oraz generatora synchronicznego dwuwirniko- wego z magnesami trwalymi o konstrukcji wirników pozwalajacej na wielokrotne zabudowanie sekcji indukowania sily elektromotorycznej. Konstrukcje te cechuje rozwiazanie w którym generatory synchro- niczne posiadaja na zewnatrz obudowy dwie koncówki walów. Waly te sa polaczone na sztywno z wir- nikami generatora synchronicznego, które dla osiagniecia efektu zwiekszenia lub podwojenia sily elek- tromotorycznej poprzez zwiekszenie predkosci wzglednej pomiedzy wirnikami winny obracac sie w od- wrotnych kierunkach. Obroty przeciwne koncówek walów generatorów synchronicznych o takiej kon- strukcji uzyskuje sie poprzez sprzegniecie tych generatorów miedzy innymi z przeciwbieznie pracuja- cymi turbinami wiatrowymi lub innym ukladem elektromaszynowym zapewniajacym uzyskiwanie do na- pedu obrotów w przeciwnych kierunkach. Znany jest z PL229549 generator synchroniczny, wielosegmentowy, posiadajacy wiele tarcz wir- nikowych z magnesami trwalymi rozmieszczonymi na okregu, osadzonych na wale glównym i wiele segmentów stojana z uzwojeniem fazowym osadzonych na gwintowanych trzpieniach i umieszczonych pomiedzy tarczami wirnikowymi, charakteryzujacy sie tym, ze posiada obudowe w postaci szkieletu, wyposazona w wsporniki, której podstawa w ksztalcie wielokata foremnego jest korzystnie z ksztaltow- ników zamknietych jest polaczona z rozlacznie mocowana obejma, przy czym pierwsze tarcze wirnika umieszczone na zewnatrz maja nalozone magnesy trwale ulozone po jednej stronie, a drugie tarcze, umieszczone pomiedzy pierwszymi segmentami stojana, maja magnesy trwale umieszczone na obwo- dzie po obu stronach, a poza tym pierwsze segmenty stojana sa umiejscowione za pomoca nakretek. Znany jest opisu patentowego numer US2008231132 generator wielotarczowy, którego wirniki i stojany sa usytuowane na przemian w kierunku wzdluznym w stosunku do walu generatora. W tar- czach wirników osadzonych na wale sa przymocowane magnesy trwale. Tarcze stojana, zamocowane do obudowy zaopatrzone sa w cewki rozmieszczone naprzeciwko magnesów trwalych. Celem wzoru uzytkowego jest opracowanie takiego generatora synchronicznego, który pozwoli na stosowanie go w elektrowniach wiatrowych jednowirnikowych oraz w elektrowniach wodnych w zakresie niskich ob- rotów. Znany z polskiego patentu nr 222911 jest generator synchroniczny o podwyzszonej czestotliwosci i stalym polu magnetycznym wzbudzenia, zgloszony w dniu 18 pazdziernika 2010 r. w przedmiotowym rozwiazaniu wykorzystujacy magnesy trwale z para nabiegunników. Znane sa turbiny, tzn. silniki przeplywowe wykorzystujace energie przeplywajacego plynu, lub strug powietrza. Elementem wirnika oddzialujacym z plynem, lub struga powietrza sa specjalnie uksztal- towane lopatki przymocowane do piasty, tarczy lub bebna. W turbinie jest wiele lopatek, które sa przy- mocowane na calym obwodzie bebna lub tarczy, tworzac tak zwany wieniec lopatkowy lub palisade lopatkowa. Wieniec wirnikowy posiada przed soba nieruchomy wieniec kierowniczy zwany tez w skrócie kierownica/koncentratorem strugi powietrza, który ma za zadanie odpowiednio przyspieszyc i ukierun- kowac czynnik naplywajacy na lopatki wirnika. Kierownica, podobnie jak wirnik, sklada sie z lopatek i jest nieruchomo przymocowana do korpusu turbiny. Nie moze ona stykac sie z wirnikiem, a przeplyw gazu/cieczy miedzy ruchomym walem wirnika i nieruchoma kierownica ograniczony jest dzieki zastoso- waniu odpowiednich uszczelnien, zwykle labiryntowych. Piasta, beben badz tarcza turbiny jest osa- dzona na wale; czasem sa one wykonane jako jeden element. Wal razem z piasta/tarcza/bebnem i wien- cem lopatkowym stanowia wirnik turbiny, na którym generowany jest moment obrotowy w wyniku prze- plywu gazu badz cieczy, odprowadzany walem do maszyny napedzanej. Znana jest z PL174752 elektrownia wiatrowa z wirnikiem silnika wiatrowego o pionowej osi ob- rotu. Znana jest z PL228585 dwuwirnikowa elektrownia wiatrowa, w której oba wirniki obracajace sie w jednym kierunku polaczone sa za pomoca przekladni planetarnej z generatorem. Znany jest z PL222162 zespól wirników turbiny wiatrowej w którym dwie pionowe osi obrotu prze- ciwbieznych turbin wiatrowych sa sprzezone ze soba za posrednictwem przekladni, zas jedna z osi wirnika, górnego lub dolnego sprzezona jest z osia generatora. Znany jest z DE10002092 generator synchroniczny charakteryzujacy sie tym, ze jego naped elek- tryczny posiada wirnik wewnetrzny, który jest polaczony z pierwszym wirnikiem 4 maszyny turbo oraz PL 72 831 Y1 3 wirnik zewnetrzny koncentryczny z wirnikiem wewnetrznym, który jest polaczony z drugim wirnikiem maszyny turbosprezarki. Wirnik wewnetrzny i wirnik zewnetrzny sa polaczone bezposrednio z odpo- wiednim wirnikiem, a takze poprzez przekladnie z odpowiednim wirnikiem. Co najmniej jeden z wirników posiada uzwojenie DC lub AC. Co najmniej jeden z wirników zawiera klatke, magnesy trwale, uzwojenie pradu stalego lub dalsze uzwojenie pradu przemiennego lub stalego. Celem wzoru uzytkowego jest opracowanie elektrowni wiatrowej z synchronicznym generato- rem przeciwbieznym i sposobu pracy elektrowni dla uzyskania zwiekszonej wydajnosci pradotwórczej, tj. pozyskanie energii elektrycznej przy jak najnizszej sile wiatru i maksymalizacji wielkosci pozyskanej energii. Istota wzoru uzytkowego jest elektrownia wiatrowa z turbinami przeciwbieznymi wyposazona w dwuwirnikowy generator synchroniczny z magnesami trwalymi, z przeciwbieznymi turbinami o piono- wej osi obrotu, tj. turbiny górnej i turbiny dolnej z profilowanymi lopatami, wyposazone w kierownice strugi powietrza, osadzonych w konstrukcji nosnej charakteryzujaca sie tym, ze generator synchro- niczny posiada jeden wirnik z uzwojonym magnetowodem pracujacy jako uzwojony twornik generatora, oraz drugi wirnik z magnesami trwalymi pracujacy jako wzbudnik generatora synchronicznego, a turbiny przeciwbiezne, górna i dolna sa polaczone osiowo, bezposrednio z generatorem synchronicznym, w taki sposób, iz wal lub jednej pracujacej przeciwbieznie turbiny wiatrowej, górnej, lub dolnej osadzony obro- towo w zespole lozysk jest na sztywno polaczony z jednym wirnikiem, lub generatora synchronicznego, a waly drugiej pracujacej przeciwbieznie turbiny wiatrowej górnej, lub dolnej osadzony obrotowo w ze- spole lozysk jest na sztywno polaczony z drugim wirnikiem lub generatora synchronicznego dwuwirni- kowego. Wzór uzytkowy zostal uwidoczniony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia generator w widoku ogólnym, fig. 2, 3, 4 i 5 – schemat pogladowy pracy elektrowni z turbinami przeciwbieznymi polaczonymi bezposrednio z generatorem synchronicznym, a fig. 6 – schemat pogladowy pracy elektrowni. Cecha istotna dwuwirnikowego generatora synchronicznego 11 skladajacego sie z uzwojonego magnetowodu stanowiacego zwojnik twornika i wzbudnika z magnesami trwalymi jest to, iz posiada dwa wirniki 12 i 13 pracujace przeciwbieznie o jednej osi obrotu przy czym jeden wirnik 12 z uzwojonym magnetowodem pracujacy jako uzwojony twornik generatora, oraz drugi wirnik 13 z magnesami trwa- lymi pracujacy jako wzbudnik generatora, dzieki czemu przy jednoczesnej pracy wirników 12 i 13 ich przeciwbiezna praca pozwala na wygenerowanie wiekszych wartosci pozyskiwanej energii. Cecha istotna wzoru uzytkowego jest to, iz elektrownia wiatrowa z turbinami przeciwbieznymi jest wyposazona w dwuwirnikowy generator synchroniczny 11 z magnesami trwalymi, w przeciwbiezne tur- biny o pionowej osi obrotu, tj. turbiny górnej 1 i turbiny dolnej 2 z profilowanymi lopatami, wyposazone w kierownice strugi powietrza, osadzonych w konstrukcji nosnej, przy czym generator synchroniczny 11 zawiera jeden wirnik 12 z uzwojonym magnetowodem pracujacy jako uzwojony twornik generatora, oraz drugi wirnik 13 z magnesami trwalymi pracujacy jako wzbudnik generatora synchronicznego 11, a tur- biny przeciwbiezne, górna 1 i dolna 2 sa polaczone osiowo, bezposrednio z generatorem synchronicz- nym 11, w taki sposób, iz wal 3 lub 4 jednej pracujacej przeciwbieznie turbiny wiatrowej górnej 1, lub dolnej 2 osadzony obrotowo w zespole lozysk jest na sztywno polaczony z jednym wirnikiem 12, lub 13 generatora synchronicznego 11, a wal 3 lub 4 drugiej pracujacej przeciwbieznie turbiny wiatrowej górnej 1, lub dolnej 2 osadzony obrotowo w zespole lozysk jest na sztywno polaczony z drugim wirnikiem 12, lub 13 generatora synchronicznego 11 dwuwirnikowego, przez co turbiny pracujace przeciwbieznie na- pedzaja wirniki maksymalizujac wartosc pozyskiwanej energii. Cecha istotna sposobu wytwarzania energii elektrycznej jest to, iz energia wiatru przekazywana na lopaty przeciwbieznych turbin polaczonych z wirnikami 12, 13 generatora, jest przez nie bezposred- nio przenoszona do wirników 12, 13 generatora synchronicznego 11, a praca przeciwbiezna twornika i wzbudnika, umieszczonych kazdy na innym wirniku 12, 13 generatora synchronicznego 11 pracujacym przeciwbieznie zwieksza predkosc obrotu pola magnetycznego i podnosi wartosc pozyskiwanej energii. Zaleta rozwiazania wedlug wzoru uzytkowego jest zmniejszenie utraty mocy turbin przeciwbiez- nych, poprzez wyeliminowanie przekladni przenoszacych skumulowana energie turbin do generatora, co umozliwia efektywna energetycznie prace przy niskich predkosciach wiatru. Predkosc startowa pracy turbiny mozliwa jest do uzyskania przy niskich predkosciach wiatru 3–4 m/s. Elektrownia uzyskuje sta- bilna prace o zadanej maksymalnej mocy znamionowej przy duzych predkosciach wiatru i skokowej zmianie predkosci wiatru. PL 72 831 Y1 4 Przyklad przedstawia konstrukcje elektrowni wiatrowej w postaci pionowej elektrowni wiatrowej z dwoma turbinami przeciwbieznymi umieszczonymi jedna na drugiej polaczonymi bezposrednio z ge- neratorem synchronicznym dwuwirnikowym z magnesami trwalymi o mocy okolo 10 kW i predkosci strugi wiatru okolo 12 m/s. Elektrownia wiatrowa, ma przekrój górnej turbiny 1 z plaszczyzna prostopadla do osi obrotu, oraz przekrój dolnej 2 turbiny z plaszczyzna prostopadla do osi obrotu, polozenie pionowych, obrotowych prowadnic 8 16 szt. strugi wiatru dla pracy w warunkach znamionowych. Na fig. 1 przedstawiono turbine wiatrowa górna 1 trójlopatowa z profilowanymi lopatami do pracy przeciwbieznej, turbina wiatrowa dolna 2 trójlopatowa z profilowanymi lopatami do pracy przeciwbieznej, górnego walu 3 roboczego polaczo- nego z wirnikiem 13 pracujacym jako wzbudnik z magnesami trwalymi generatora synchronicznego 11, dolnego walu 4 roboczego polaczonego z wirnikiem 12 pracujacym jako uzwojony twornik generatora 12, zespolów lozysk tocznych lub toczno-oporowych 5, pionowych podpór nosnych 6 w krawedziach skladania prowadnic 8 8 szt. strug powietrza po obwodzie turbiny wiatrowej, kolnierzy montazowych 7 8 szt. ukladu posadowienia konstrukcji nosnej, zawiasów 9 ruchomego mocowania pionowych prowad- nic 8 strug wiatru do podpór nosnych 6 konstrukcji, prowadnic 10 4 zespoly stalych koncentratorów poziomych strugi wiatru turbiny górnej 1 i turbiny dolnej 2, obudowy generatora synchronicznego 11, wirnika 12 generatora synchronicznego 11 pracujacego jako uzwojony twornik generatora synchronicz- nego 11, wirnika 13 generatora synchronicznego 11 pracujacego jako wzbudnik z magnesami trwalymi generatora, zespolu pierscieni wraz z szczotkotrzymaczami 14, skrzynki podlaczeniowej 15. Na rysunku fig. 2 zobrazowano schemat pogladowy pracy elektrowni z turbinami przeciwbieznymi polaczonymi bezposrednio z generatorem synchronicznym 11 dwuwirnikowym, z uwzglednionymi ele- mentami konstrukcyjnymi elektrowni wiatrowej w przekroju, obrazujacy przekrój turbiny górnej 1 plasz- czyzna prostopadla do osi obrotu, z widocznymi pionowymi, obrotowymi prowadnicami 8 strugi wiatru, podporami nosnymi 6, oraz prowadnicami 10 stalych koncentratorów poziomych strugi wiatru. Na ry- sunku fig. 3 zobrazowano schemat pogladowy pracy elektrowni z turbinami przeciwbieznymi polaczo- nymi bezposrednio z generatorem synchronicznym 11 dwuwirnikowym, z uwzglednionymi elementami konstrukcyjnymi elektrowni wiatrowej w przekroju, obrazujacy przekrój turbiny górnej 1 z plaszczyzna prostopadla do osi obrotu dla pracy w warunkach znamionowych, z widocznymi pionowymi, obrotowymi prowadnicami 8 strugi wiatru, podporami nosnymi 6, oraz prowadnicami 10 stalych koncentratorów po- ziomych strugi wiatru. Na rysunku fig. 4 zobrazowano schemat pogladowy pracy elektrowni z turbinami przeciwbieznymi polaczonymi bezposrednio z generatorem synchronicznym 11 dwuwirnikowym, z uwzglednionymi elementami konstrukcyjnymi elektrowni wiatrowej w przekroju, obrazujacy przekrój turbiny dolnej 2 z plaszczyzna prostopadla do osi obrotu, z widocznymi pionowymi, obrotowymi prowad- nicami 8 strugi wiatru, podporami nosnymi 6, oraz prowadnicami 10 stalych koncentratorów poziomych strugi wiatru. Na rysunku fig. 5 zobrazowano schemat pogladowy pracy elektrowni z turbinami przeciw- bieznymi polaczonymi bezposrednio z generatorem synchronicznym 11 dwuwirnikowym, z uwzglednio- nymi elementami konstrukcyjnymi elektrowni wiatrowej w przekroju, obrazujacy przekrój turbiny dolnej 2 z plaszczyzna prostopadla do osi obrotu dla pracy w warunkach znamionowych, z widocznymi piono- wymi, obrotowymi prowadnicami 8 strugi wiatru, podporami nosnymi 6, oraz prowadnicami 10 stalych koncentratorów poziomych strugi wiatru. Na rysunku fig. 6 zobrazowano schemat pogladowy pracy elek- trowni wiatrowej z turbinami przeciwbieznymi polaczonymi bezposrednio z generatorem synchronicz- nym dwuwirnikowym z wyróznionymi turbinami górna 1 i dolna 2, górnego walu 3 roboczego polaczo- nego z wirnikiem 13 pracujacym jako wzbudnik z magnesami trwalymi, dolnego walu 4 roboczego po- laczonego z wirnikiem 12 pracujacym jako uzwojony twornik i zespolem pierscieni wraz z szczotkotrzy- maczami 14. W zaprezentowanym przykladzie wykonania pionowa elektrownia wiatrowa posiada dwie turbiny, górna I i dolna 2 umieszczone jedna na drugiej i polaczone ze soba generatorem synchronicznym 11, bezposrednio z jego wirnikami 12 i 13. Kazda z turbin posiada kierownice strugi wiatru napedzajaca turbiny przeciwbieznie, co przeklada sie na przeciwbiezna prace turbin 12 i 13, w których turbina 12 pracujaca jako uzwojony twornik generatora obraca sie w kierunku przeciwnym do turbiny 13 pracujacej jako wzbudnik z magnesami trwalymi tworzac w ten sposób silniejsze pole magnetyczne niz wynikaloby to z sily wiatru. PL 72 831 Y1 PL PL