RO126772A0 - Carcasă inelară optimizată pentru turbinele eoliene cu ax orizontal - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la o carcasă inelară optimizată, pentru turbinele eoliene cu ax orizontal, pentru a creşte viteza vântului în secţiunea rotorului cu efect de concentrare a energiei vântului. Carcasa conform invenţiei este construită dintr-un corp de rotaţie obţinut prin rotirea unui profil aerodinamic, poziţionat la un unghi de incidenţă profil-curent de fluid ridicat, în jurul unei axe de rotaţie paralelă cu direcţia de curgere, şi la o distanţă aleasă astfel încât suprafaţa interioară a carcasei să fie materializată de extradosul profilului, urmând ca suprafaţa interioară a carcasei să fie conectată de suprafaţa exterioară a acesteia prin intermediul unui canal (9) inelar, cu secţiune variabilă, care este un corp de rotaţie cu axă de simetrie la fel cu axa carcasei, şi care conectează o fantă (3) de aspiraţie exterioară, situată în suprapresiune, cu o fantă (4) de introducere interioară, care se află în depresiune, împărţind astfel carcasa în două corpuri de rotaţie cu axă de simetrie similară cu axa de simetrie a carcasei, un corp (1) de carcasă amonte, caracterizat de o suprafaţă (5) exterioară amonte şi de o suprafaţă (7) interioară amonte, şi un corp (2) de carcasă aval, caracterizat de o suprafaţă (6) exterioară aval şi o suprafaţă (8) interioară aval.

Description

Invenția se referă la o carcasă inelară optimizată, pentru turbinele eoliene cu ax orizontal, pentru a crește viteza vântului în secțiunea rotorului cu efect de concentrare a energiei vântului.

Pentru captarea energiei vântului în zone în care frecvența simplă de apariție a vitezei vântului pe intervale de viteză este maximă în zona vitezelor mici, în zone cu potențial eolian slab sau în zone urbane, sunt cunoscute soluțiile tehnice constructive de turbine eoliene carcasate care, în principiu, constau dintr-un rotor eolian plasat în secțiunea minimă a unei carcase profilate de tip convergent-divergent. Energia vântului este dispersă. Spre deosebire de cazul turbinei libere, unde se obține o decelerare a curentului pe măsura apropierii fluidului de rotor, în cazul turbinei carcasate, presiunile din interiorul carcasei fiind mai mici decât presiunea atmosferică, se obține un efect de sucțiune, conducând la creșterea vitezei și implicit la un spor de putere pentru o aceeași suprafață măturată de pale. Creșterea de putere este, pentru o turbină cu un același diametru al rotorului, cel puțin teoretic, semnificativă, din moment ce aceasta variază cu puterea a 3-a a vitezei.

Este cunoscut faptul că, din punct de vedere constructiv, aripa inelară reprezintă alegerea optimă pentru construirea carcaselor turbinelor eoliene cu ax orizontal. Aceasta este obținută prin rotirea unui profilul aerodinamic în jurul unei axe de simetrie plasată astfel încât să fie paralelă cu coarda profilului la incidență nulă. Intr-o secțiune transversală prin carcasă se poate observa că zona fluidă din interiorul carcasei mărginește extradosul profilului care generează carcasa, în timp ce curgerea exterioară se desfășoară in apropierea intradosului profilului care generează carcasa. Acest lucru favorizează apariția unei circulații care, intensifică curgerea pe extradosul profilului, și a scăderii de presiune statică care atrage după sine mărirea debitului de aer vehiculat prin rotor și carcasă.

Este de asemenea cunoscut faptul că, raportul dintre aria secțiunii transversale în zona rotorului și aria secțiunii transversale în zona aval, la ieșirea din carcasă trebuie să fie căt mai mic în scopul obținerii unui câștig de putere cât mai mare. Acest lucru atrage după sine două dezavantaje majore.

Primul dezavantaj constă în faptul că, pentru a putea realiza un raport al ariilor secțiunilor transversale din dreptul rotorului și respectiv ieșirea din carcasă, unghiul de incidență al profilului generator al carcasei cu direcția de curgere trebuie sa fie cât mai ridicat, acest lucru atrăgând după sine separarea curgerii în zona interioară a carcasei (pe extradosul profilului generator), în aval de secțiunea activă, și formarea de vârtejuri. Acestea consumă o parte importantă din energia curentului de fluid care tranzitează carcasa, reducând astfel, eficiența globală a agregatului eolian.

Al doilea dezavantaj constă în faptul că, raportat la dimensiunile rotorului, carcasele sunt mari. Raportul mare dintre aria maturata de pale si aria secțiunii de isire din ajutaj cat si necesitatea ralizarii unei valori mici a presiunii statice in aval de rotor, implica construirea de carcase de dimensiuni mari raportate la dimensiunea caracteristica a rotorului. Pe de altă parte, dimensiunea agabaritică, în special în direcția de curgere, rezultă din încercarea de păstrare în anumite limite a unghiului de incidență profil generator-curent de fluid, în scopul de a elimina formarea zonei de separare a curgerii din zona interioară a carcasei.

Sunt cunoscute brevetele US2004156710 și US2009280009 care, descriu fiecare câte o turbină eolienă carca Carcasele în lungul curgeri Dezava de-o parte prin exterioare în zo^^i^căs&4pl

ouă brevete au în ambele cazuri dimensiuni mari, cu lungimi 'pr'^ri mai mari decât diametrul rotorului turbinei.

i sus sunt eliminate de prezenta propunere de invenție, pe ează stratul limită, prin injecția de debit din zona curgerii separarea curgerii, amonte de acestea, conducând astfel la tx- 2 Ο 1 1-00480-1 7 -05- 2011 eliminarea vârtejurilor din zona interioară a carcasei și crescând prin aceasta eficiența globală a agregatului eolian, păstrându-se un raport al ariilor secțiunilor transversale din dreptul rotorului și respectiv ieșirea din carcasă cât mai mic. Acest lucru permite modificarea dimensiunii axiale a carcasei rezultând astfel un gabarit mai mic. Pe de altă parte injecția de debit din exteriorul carcasei produce o scădere suplimentară de presiune statică în aval de rotor, acest lucru atrăgând după sine creșterea debitului care tranzitează turbina.

Carcasa inelară optimizată, pentru turbinele eoliene cu ax orizontal, conform invenției, are următoarele avantaje:

- asigură funcționarea optimă a unei turbine eoliene în zone în care frecvența simplă de apariție a vitezei vântului pe intervale de viteză este maximă în zona vitezelor mici, în zone cu potențial eolian slab și în zone urbane.

- elimină formațiunile vorticiale din interiorul carcasei care apăreau datorită separării curgerii din cauza unui gradient de presiune pozitiv în lungul curgerii, crescând astfel eficiența globală a agregatului eolian.

- dimensiunile de gabarit ale carcasei sunt reduse, păstrându-se în același timp un raport optim al ariilor secțiunilor transversale din dreptul rotorului și respectiv ieșirea din carcasă.

Se prezintă mai jos un exemplu de realizare a invenției, cu referire la Fig. 1., care reprezintă:

Fig. 1. Secțiune longitudinală, în lungul unui plan median prin interiorul carcasei.

Carcasa inelară optimizată, pentru turbinele eoliene cu ax orizontal, conform invenției, este realizată din corpul de rotație obținut prin rotirea unui profil aerodinamic cu finețe mare, poziționat la un unghi de incidență profil-curent de fluid ridicat, in jurul unei axe de rotație paralelă cu direcția de curgere și la o distanță convenabil aleasă, astfel încât suprafața interioară a carcasei să fie materializată de extradosul profilului, iar suprafața exterioară a carcasei să fie materializată de intradosul profilului, urmând ca suprafața interioară a carcasei să fie conectată de suprafața exterioară a acesteia prin intermediul unui canal inelar (9) cu secțiune variabilă care, este un corp de rotatie cu axă de simetrie identică cu axa carcasei și care, conectează o fantă de aspirație exterioară (3), situată în suprapresiune, cu o fantă de introducere interioară (4) care se află în depresiune, împărțind astfel carcasa în două corpuri de rotație cu axa de simetrie identică cu axa carcasei, un corp carcasă amonte (1) caracterizat de o suprafață exterioară amonte (5) și de o suprafață interioară amonte (7) și un corp carcasă aval (2) caracterizat de o suprafață exterioară aval (6) și o suprafață interioară aval (8).

Claims (1)

1. Revendicări

   1. Carcasa inelară optimizată, pentru turbinele eoliene cu ax orizontal, caracterizată prin aceea că, este realizată din corpul de rotație obținut prin rotirea unui profil aerodinamic cu finețe mare, poziționat la un unghi de incidență profil-curent de fluid ridicat, in jurul unei axe de rotație paralelă cu direcția de curgere și la o distanță convenabil aleasă, astfel încât suprafața interioară a carcasei să fie materializată de extradosul profilului, iar suprafața exterioară a carcasei să fie materializată de intradosul profilului, urmând ca suprafața interioară a carcasei să fie conectată de suprafața exterioară a acesteia prin intermediul unui canal inelar (9) cu secțiune variabilă care, este un corp de rotație cu axă de simetrie identică cu axa carcasei și care, conectează o fantă de aspirație exterioară (3), situată în suprapresiune, cu o fantă de introducere interioară (4) care se află în depresiune, împărțind astfel carcasa în două corpuri de rotație cu axa de simetrie identică cu axa carcasei, un corp carcasă amonte (1) caracterizat de o suprafață exterioară amonte (5) și de o suprafață interioară amonte (7) și un corp carcasă aval (2) caracterizat de o suprafață exterioară aval (6) și o suprafață interioară aval (8).