RO127671B1 - Turbină eoliană cu ax vertical - Google Patents

Description

Invenția se referă la o turbină cu ax vertical, cu trei palete, care poate fi învârtită de vânt, și care poate fi utilizată la antrenarea diferitelor utilaje, cum sunt pompele pentru apă, generatoarele de curent electric sau morile de măcinat cereale.

Sunt cunoscute turbine eoliene cu ax vertical, cu trei palete fixate la capătul unor brațe orizontale, care, la rândul lor, sunt fixate rigid la un cap rotitor. Acestea pot avea paletele cu unghi de atac fix sau reglabil, reglabilitatea fiind realizată de către un mecanism cu comandă mecanică sau electrică.

Principalele dezavantaje ale acestorturbine eoliene sunt legate defaptul că cele care au paletele cu unghiul de atac fix nu pot să mențină o turație constantă, în cazul în care viteza vântului variază, și nici nu pot fi oprite în condiții de siguranță la o viteză prea mare (peste 20 m/s); în schimb cele cu palete cu unghi de atac reglabil au dezavantajul că necesită sursă suplimentară de curent electric pentru mecanismul de comandă a reglării unghiului paletelor. Și suplimentar, în ambele cazuri, un alt dezavantaj este legat de faptul că nu poate fi inversat sensul de rotire al turbinei, dacă este nevoie.

Din documentul SK 500132010 U se cunoaște un generator eolian cu axă verticală, pentru aplicații mobile, cuprinzând cel puțin două pale, atașate la un cap de rotire printr-un sistem de bare articulate, ce formează un mecanism spațial paralel, pentru controlul distanței L dintre pale și arborele concentric. în timpul deplasării, axa longitudinală a fiecărei pale este menținută paralelă cu axa longitudinală a arborelui concentric. Fiecare pală este articulată pe arborele concentric cu cel puțin două brațe, de care este atașată cel puțin o bielă conectată la un servomecanism printr-un suport culisant, pentru reglarea unghiului a format între axa longitudinală a arborelui concentric și braț. Prin ridicarea sau coborârea bielelor se obține variația distanței L între pale și arborele concentric, ajungând până la lipirea palelor de structura centrală, pentru oprirea eolienei în cazul vânturilor ce o pun în pericol. Când distanța L este maximă, eficiența turbinei este maximă. Acționarea servomotorului se face de la o unitate de comandă prevăzută cu senzor de viteză în blocul de fixare.

Din brevetul RU 2364748 C1 se cunoaște un generator eolian cu axă verticală, care se compune dintr-un arbore central ce se rotește într-un lagăr al suportului de bază. în arborele central este montat un piston hidraulic ce acționează o cremalieră cilindrică, cu posibilitatea deplasării pe verticală, și care se află în contact cu niște sectoare dințate, care acționează, la rândul lor, un mecanism plan paralel cu pârghii, pe care este montată o pală verticală a cărei axă se află într-un plan vertical paralel tot timpul cu axa arborelui central. Mecanismul de acționare al palelor este prevăzut cu o contragreutate instalată coaxial, iar fiecare pală are posibilitate de rotație limitată în jurul axelor verticale, articulația incluzând un bloc de ghidare montat rigid, și prevăzut cu o fantă în formă de V, cu care interacționează o pârghie cu arc, fiind montată articulat pe capătul barelor mecanismului plan paralel. Pala verticală, gen aripă de vânt, este instalată pe rotor în poziția de pornire, cu un unghi de atac suficient pentru a începe mișcarea la viteza vântului de 1,5 m/s. Atunci când viteza vântului depășește o valoare critică, palele sunt deplasate la centrul rotorului, la maximum, și rotorul se oprește.

Problema tehnică pe care o rezolvă invenția de față este menținerea unei turații constante la axul turbinei, într-un interval optim de viteze ale vântului (între 8 m/s și 20 m/s), coroborată cu protejarea turbinei prin oprire la depășirea vitezei vântului considerată maximă în siguranță (20 m/s).

Turbina eoliană cu ax vertical, conform invenției, înlătură dezavantajele de mai sus și rezolvă problema tehnică prin aceea că este constituită dintr-un suport tubular vertical, fixat la sol printr-o talpă proprie, ce conține un arbore de antrenare, cuplat la un cap de rotire pus în mișcare de niște palete verticale, fixate articulat cu ajutorul unor biele ce se pot depărta sau apropia față de axul de rotire, prin schimbarea poziției unor pârghii articulate în

RO 127671 Β1 funcție de viteza vântului, la care pârghiile articulate sunt acționate de un piston care este 1 în legătură și apasă un arc elicoidal, acționat de presiunea hidraulică realizată într-un lichid aflat într-o cameră centrală, practicată într-un corp orientabil, ce se poate așeza pe direcția 3 vântului prin intermediul unei cozi de orientare, presiune care este creată de către un piston de preluare, montat în corpul orientabil, presiune proporțională cu forța dinamică a vântului, 5 necesară menținerii unei turații constante la axul turbinei, pe un interval de variație a vitezei vântului considerat optim. 7

De asemenea, paletele verticale sunt poziționate la capetele bielelor și pârghiilor prin intermediul unor arcuri de torsiune, care, la o viteză maxim admisă a vântului, lasă paletele 9 să se orienteze pe direcția vântului, turbina oprindu-se, dar care se pot monta și cu partea de jos în sus, putându-se inversa sensul de rotire la axul acesteia. 11

Turbina eoliană cu ax vertical, conform invenției, prezintă următoarele avantaje:

- are turație constantă pe intervalul optim de viteză a vântului; 13

- este autoreglabilă, neavând nevoie de sursă suplimentară de energie;

- se oprește în condiții de siguranță, la atingerea unei viteze prea mari a vântului; 15 prezintă posibilitatea inversării sensului de rotire, în funcție de necesități.

Se dă, mai jos, un exemplu de realizare a invenției, în legătură cu fig. 1...3, ce 17 reprezintă:

-fig. 1, secțiune în plan vertical prin turbină; 19

- fig. 2, vedere de sus asupra turbinei, cu indicarea sensului de rotire, pentru un anumit unghi de atac al paletelor; 21

- fig. 3, schiță cu modul de așezare a paletelor pe direcția vântului, pentru oprire, când viteza acestuia este prea mare. 23

Turbina eoliană cu ax vertical, conform invenției, se compune dintr-un suport tubular vertical 1, fixat la sol printr-o talpă proprie, în interiorul căruia se găsește un arbore de antre- 25 nare 2, care poate fi rotit prin intermediul unui cuplaj cu flanșă 3, de către un cap de rotire 4, la care sunt fixate articulat, prin intermediul unor biele 5, trei palete verticale 6, care se pot 27 depărta sau apropia de axul de rotire, prin schimbarea poziției unor pârghii 7 articulate, acționate de un piston 9, apăsat de o presiune hidraulică, creată într-o cameră centrală a, 29 realizată într-un cap orientabil 11, de către un piston de preluare 10 a presiunii dinamice a vântului, contra unui arc elicoidal 8, așezarea pe direcția vântului fiind realizată de pozițio- 31 narea unei cozi de orientare 12.

Corpul orientabil 11 dispune, la partea sa superioară, de un dop filetat 13, care, prin 33 deșurubare, permite umplerea completă, de regulă cu ulei, a camerei centrale a.

Paletele verticale 6 sunt poziționate la capetele bielelor 5 și al pârghiilor 7 prin inter- 35 mediul unor arcuri de torsiune 14, care, la depășirea vitezei vântului considerată maxim admisă (20 m/s), cedează, lăsând paletele verticale 6 să se orienteze cu profilul lor în lungul 37 direcției vântului, turbina oprindu-se din rotire. Paletele verticale 6 pot fi montate în articulațiile lor și inversat, cu partea de jos în sus, situație în care se schimbă sensul de rotire al 39 turbinei.

Modul de funcționare este următorul: 41

- în situația în care există vânt, însă viteza sa este sub valoarea de 8 m/s, paletele verticale 6 sunt în poziția cea mai apropiată față de suportul tubular vertical 1, raza r la care 43 se află acestea având valoarea cea mai mică. Turbina se învârtește cu o turație mai mică decât cea normală, lucrând la parametri reduși; 45

- dacă viteza vântului atinge valoarea de 8 m/s, turbina eoliană va căpăta turația normală, rezultată din viteza vântului împărțită la circumferința cercului de rază r; 47

RO 127671 Β1

- când viteza vântului crește și intră în domeniul optim de funcționare a turbinei (între m/s și 20 m/s), presiunea dinamică exercitată de vânt apasă pe pistonul de preluare 10, care, la rândul său, creează în lichidul aflat în camera centrală a o presiune hidraulică ce deplasează în jos pistonul 9, contra arcului elicoidal 8, mișcând concomitent capetele pârghiilor 7 articulate, depărtând paletele verticale 6 de axul turbinei, mărind raza r astfel ca turația acesteia să rămână constantă;

- în situația în care viteza vântului depășește valoarea de 20 m/s (echivalentă valorii de 72 km/h), considerată foarte mare, peste care nu se recomandă funcționarea turbinelor eoliene, presiunea exercitată de vânt pe paletele verticale 6 realizează forțe care înving arcurile de torsiune 14, acestea lăsând paletele verticale 6 să se așeze cu profilul în lungul direcției vântului, situație în care rotirea turbinei se oprește.

Domeniul de variație al razei r rezultă din domeniul optim de variație a vitezei vântului, corelat cu valoarea turației turbinei (care trebuie menținută constantă), impusă printr-o temă de proiectare.

Claims (2)

1. Turbină eoliană cu ax vertical, compusă dintr-un suport tubular (1) vertical, fixat la 3 sol printr-o talpă proprie, ce conține un arbore de antrenare (2), cuplat la un cap de rotire (4) pus în mișcare de niște palete verticale (6), fixate articulat cu ajutorul unor biele (5) ce se pot 5 depărta sau apropia față de axul de rotire, prin schimbarea poziției unor pârghii (7) articulate, în funcție de viteza vântului, caracterizată prin aceea că pârghiile (7) articulate sunt acțio- 7 nate de un piston (9) care este în legătură și apasă un arc elicoidal (8), acționat de presiunea hidraulică realizată într-un lichid aflat într-o cameră centrală (a), practicată într-un corp 9 orientabil (11), ce se poate așeza pe direcția vântului prin intermediul unei cozi de orientare (12), presiune care este creată de către un piston de preluare (10) montat în corpul orientabil 11 (11), presiune proporțională cu forța dinamică a vântului, necesară menținerii unei turații constante la axul turbinei, pe un interval de variație a vitezei vântului considerat optim. 13

2. Turbină eoliană, conform revendicării 1, caracterizată prin aceea că paletele verticale (6) sunt fixate la capetele bielelor (5) și ale pârghiilor (7) articulate prin intermediul 15 unor arcuri de torsiune (14), care permit paletelor (6) să se așeze în lungul direcției vântului, când viteza acestuia depășește o valoare considerată maxim admisă, pentru oprirea turbinei, 17 iar paletele verticale (6) pot fi montate și cu partea de jos în sus, în funcție de necesitatea inversării sensului de rotire al turbinei. 19