RO125329B1 - Turbină eoliană cu ax orizontal - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la un principiu constructiv al unnei turbine eoliene cu ax orizontal destinat generării curentului electric cu ajutorul unui fluid. Principiul constructiv conform invenţiei constă în aceea că pentru determinarea acumulării forţate a unei mase de fluid în interiorul spaţiului de lucru determinat de nişte pale (1) şi folosirea acestei mase de fluid la creşterea portanţei palelor (1), deci a randamentului, această turbină este alcătuită din trei pale (1), dublu spiralate, odată în lungul axei proprii şi a doua oară într-o spirală care pleacă spre dreapta, privind din faţă, cu 90 grade, care sunt prinse apoi sub un unghi alfa pe un ax (2) central care este fixat pe un cadru (3) prin intermediul unor lagăre (4) cu articulaţii homocinetice, menţinerea în curentul fluidului fiind asigurată de o derivă (5) care determină rotirea cadrului (3) prin intermediul unui pivot (6) articulat, întregul ansamblu fiind susţinut de un suport (7).

Description

Invenția se referă la o turbină eoliană cu ax orizontal, care folosește pale dublu spiralate.

Dintre turbinele eoliene cu ax orizontal, a fost aleasă o turbină eoliană clasică, cu două sau trei pale.

Deși au cea mai largă răspândire, aceste turbine prezintă o serie de dezavantaje care limitează aria de aplicabilitate a acestora.

Printre cele mai mari dezavantaje, se pot enumera: necesitatea unui diametru mare al palelor, necesar obținerii unei puteri efective mai mari, la o anume viteză a vântului; înălțime mare a pilonului central de susținere; greutate mare a întregului ansamblu; necesitatea amplasării în locuri deschise sau la înălțimi mari; demararea mișcării de rotație de la viteze ale vântului mai mari de 3 m/s; sisteme complicate pentru asigurarea girării în vânt.

Din documentele WO 2004/011798 A2 sau US 2007/0018464 A1, se cunosc turbine hibrid, destinate a fi utilizate atât în plan vertical, cât și în plan orizontal, în care pe un ax central sunt montate cel puțin două pale cu o formă semielicoidală.

Din cererea de brevet de invenție RO 125782 A2, se cunoaște o turbină cu ax orizontal, destinată generării curentului electric cu ajutorul unui fluid cuprinzând un ax central, ce este fixat de un cadru prin intermediul unor lagăre, menținerea în curentul fluidului fiind asigurată de o derivă ce determină rotirea cadrului prin intermediul unui pivot articulat, întregul ansamblu fiind susținut de un suport. în cazul acestei soluții, cele trei pale montate pe axul central, decalate cu 120°, au un profil variabil pe toată lungimea, al căror ax este o sinusoidă mulată pe o sferă, cu direcția de plecare spre stânga, privită frontal, și care sunt prinse sub unghiuri cu valori între 15 și 45°, pe cadrul central.

Turbina eoliană cu ax orizontal înlătură dezavantajele menționate mai sus, prin aceea că folosește pentru generarea mișcării de rotație, pale dublu spiralate, ale căror axe generează, în rotație, forma unei picături de apă în cădere, oferind aceeași suprafață utilă de lucru ca și turbinele clasice, însă cu un gabarit general mult redus.

Obiectivul principal al turbinei eoliene cu ax orizontal, conform invenției, constă în utilizarea mai bună a suprafeței utile a palelor, oferind posibilitatea creării unei depresiuni în interiorul spațiului de lucru, în paralel cu asigurarea unei curgeri line a fluidului pe suprafețele palelor, turbioanele de fluid create de mișcarea generală a masei de fluid fiind folosite în plus la generarea mișcării de rotație, aceste aspecte conducând în final la creșterea randamentului turbinei.

Turbina cu ax orizontal, destinată generării curentului electric cu ajutorul unui fluid, în conformitate cu prezenta invenție, cuprinde un ax central ce este fixat de un cadru prin intermediul unor lagăre, menținerea în curentul fluidului fiind asigurată de o derivă ce determină rotirea cadrului prin intermediul unui pivot articulat, întregul ansamblu fiind susținut de un suport, pe axul central fiind montate trei pale, decalate între ele cu 120°, la partea frontală, fiecare pală făcând un unghi a în raport cu axul central, iar la partea posterioară, pala făcând același unghi a față de perpendiculară în acel punct pe ax, turbina fiind caracterizată prin aceea că fiecare pală are o formă dublu spiralată, o dată în lungul axei proprii și a doua oară într-o spirală ce pleacă spre dreapta, privind din față, cu 90°.

Se dă, în continuare, un exemplu de realizare a invenției, în legătură cu fig. 1 ...7, care reprezintă:

- fig. 1, vedere de ansamblu a turbinei;

- fig. 2, vedere frontală a turbinei;

- fig. 3, vedere laterală a turbinei;

- fig. 4, vedere de jos, dinspre axul central, a unei pale;

- fig. 5, vedere din lateral, dinspre axul central, a unei pale;

- fig. 6, vedere izometrică a unei pale;

- fig. 7, secțiune transversală a unei pale.

RO 125329 Β1

Principiul constructiv al unei turbine eoliene cu ax orizontal se bazează pe utilizarea 1 formelor dublu spiralate ale fiecărei pale și ale căror axe generează, în rotație, forma unei picături de apă în cădere, pentru obținerea mișcării de rotație. 3

Această formă a palelor permite apariția unui efect de absorbție a aerului la nivelul frontal al palelor, acumularea și comprimarea unei anumite mase de aerîn interiorul spațiului 5 de lucru al palelor, urmată apoi de refularea spre partea din spate a turbinei a acestei mase de aer, cu o viteză mai mare decâtviteza momentană a vântului. Totodată, chiarîn condițiile 7 în care turbina este nemișcată, orice adiere de vânt creează turbioane, care ajută la punerea în mișcare a rotorului. 9

Prin utilizarea acestui principiu constructiv, se observă că la această turbină se obține o diminuare a masei tampon de fluid, ce apare la partea frontală a palelor. Acest aspect favo- 11 rizează creșterea randamentului în utilizare, demarajul turbinei fiind posibil în condițiile unei simple adieri a vântului. Efectul se obține și în condițiile în care fluidul de lucru este apa. 13 Turbina eoliană cu ax orizontal, conform invenției, este formată din trei pale 1 (fig. 1), montate pe un ax central 2. Axul central 2 se află montat pe un cadru 3, prin intermediul unor 15 lagăre cu articulații homocinetice 4. Acestea permit axului central 2 să se învârtească ușor, în condițiile în care cadrul 3 este supus unor mișcări de îndoire sau torsiune de valori mari. 17

La partea din spate a cadrului 3, se află montată o derivă 5, care are rolul de a menține turbina cu fața în vânt. Pentru a putea efectua mișcarea de pivotare pe direcția vântului, 19 cadrul 3 are un pivot articulat 6, ce este legat la un suport 7 (fig. 2 și 3).

Prima spirală a unei pale 1 este formată în lungul axei proprii, similar unei torsionări 21 cu 90°, în timp ce a doua spirală se obține prin montarea palei deja torsionate, cu un decalaj tot de 90°, spre dreapta, privind din față, dar de data aceasta, între cele două capete ale 23 palei 1 (fig. 4 și 5).

La partea frontală, fiecare pală 1 face un unghi a față de axul central 2, iar la partea 25 din spate a aceluiași ax 2, pala 1 face același unghi a față de perpendiculară în acel punct pe axul 2 (fig. 6). Unghiul a depinde de diametrul turbinei și de valoarea TSR (Tip Speed 27 Ratio).

Pe axul central 2, se află trei pale 1, decalate între ele cu 120° (fig. 1). Această așe- 29 zare permite o mai bună direcționare și valorificare a curenților turbionari ce iau naștere la contactul dintre masa de aer și palele turbinei. De asemenea, în interiorul spațiului format 31 de rotația palelor, în prima jumătate, se manifestă fenomenul de sucțiune a aerului. în cea de-a doua jumătate a volumului determinat de mișcarea palelor 1 se manifestă fenomenele 33 de compresie și evacuare forțată a aerului cu o viteză puțin mai mare decât viteza momentană a vântului. 35

Efectul rezultant este un demaraj mai rapid al turbinei, respectiv, începutul mișcării de rotație chiar la viteze ale vântului de 2 m/s. 37

Axa fiecărei pale 1 generează forma unei picături de apă în cădere, fapt ce permite oricărui fluid de lucru (apă sau aer) să aibă o curgere lină, cu turbioane foarte mici, ceea ce 39 conduce la creșterea randamentului final.

Un alt efect al formelor palelor 1 este acela că nu mai este necesară existența unui 41 pilon înalt de susținere, turbina putând funcționa normal și la o înălțime de 2 m de sol, în condițiile în care este încadrată de clădiri mai înalte decât aceasta. Ca atare, amplasamentul nu 43 mai este o problemă grea.

Pentru a spori randamentul general al turbinei, palele 1 au un anume profil 45 aerodinamic (fig. 7).

RO 125329 Β1

Ansamblul format de palele 1 și axul central 2 este susținut de un cadru 3 în formă de U. Deformările inerente ale cadrului 3, ce aparîn timpul funcționării, nu influențează buna 3 funcționare a axului central 2, datorită existenței unor lagăre cu articulații homocinetice 4.

La partea din spate a cadrului 3, se află montată o derivă 5, care are rolul de a men- ține turbina cu fața în vânt. Pentru a putea efectua mișcarea de pivotare pe direcția vântului, cadrul 3 are un pivot articulat 6, ce este legat la un suport 7.

Datorită formei palelor 1, această turbină poate fi folosită cu succes și ca hidroturbină, putând fi amplasată pe râuri neamenajate, de mică adâncime și cu debit scăzut.

Claims (1)

1. Revendicare 1

   Turbină cu ax orizontal, destinată generării curentului electric cu ajutorul unui fluid, 3 cuprinzând un ax central (2) ce este fixat de un cadru (3) prin intermediul unor lagăre (4), menținerea în curentul fluidului fiind asigurată de o derivă (5) ce determină rotirea cadrului 5 (3) prin intermediul unui pivot articulat (6), întregul ansamblu fiind susținut de un suport (7), pe axul central (2) fiind montate trei pale (1) decalate între ele cu 120°, la partea frontală, fie- 7 care pală (1) făcând un unghi (a) în raport cu axul central (2), iar la partea posterioară, pala (1) făcând același unghi (a) față de perpendiculară în acel punct pe ax (2), caracterizată 9 prin aceea că fiecare pală (1) are o formă dublu spiralată, o dată în lungul axei proprii și a doua oară într-o spirală ce pleacă spre dreapta, privind din față, cu 90°. 11