RO130077A2

RO130077A2 - Turbină eoliană cu pale tip buclă tangente la o suprafaţă de revoluţie şi lăţime constantă

Info

Publication number: RO130077A2
Application number: ROA201300497A
Authority: RO
Inventors: Silviu Cătălin Călin
Original assignee: Digitech Electric S.R.L.
Priority date: 2013-07-05
Filing date: 2013-07-05
Publication date: 2015-02-27

Abstract

Invenţia se referă la o turbină eoliană cu pale tip buclă, tangente la o suprafaţă de revoluţie şi lăţime constantă. Turbina conform invenţiei cuprinde un ax () central, care este fixat de un cadru (), prin intermediul unor lagăre (), menţinerea în curentul fluidului fiind asigurată de o derivă care determină rotirea cadrului (), prin intermediul unui pivot () articulat, întregul ansamblu fiind susţinut de un suport (), pe axul () central fiind montate trei pale () decalate între ele cu un unghi de 120°, fiecare pală () având un unghi () format din tangentele proiectate pe acelaşi plan ale celor două mediane ale palei () menţionat, văzute din faţă, cuprins între 5 şi 135°, un unghi () format între coarda începutului de pală () şi axul () central fiind cuprins între 5 şi 60°, şi un unghi () format între coarda sfârşitului de pală () şi axul () central fiind cuprins între 5 şi 80°.

Description

Invenția se referă la o turbină eoliană cu pale tip buclă, tangente la o suprafață de revoluție și lățime constantă. Turbina conform invenției cuprinde un ax (2) central, care este fixat de un cadru (3), prin intermediul unor lagăre (4), menținerea în curentul fluidului fiind asigurată de o derivă care determină rotirea cadrului (3), prin intermediul unui pivot (5) articulat, întregul ansamblu fiind susținut de un suport (6), pe axul (2) central fiind montate trei pale (1) decalate între ele cu un unghi de 120°, fiecare pală (1) având un unghi (a) format din tangentele proiectate pe același plan ale celor două mediane ale palei (1) menționat, văzute din față, cuprins între 5și: 135°, un unghi (:β1) format între coarda începutului de pală (1) și axul (2) central fiind cuprins între: 5 și 60°, și un unghi (β2) format între coarda sfârșitului de pală (1) și axul (2) central fiind cuprins între: 5 și 80°.

Revendicări: 5

Figuri: 3

Cu începere de la data publicării cererii de brevet, cererea asigură, în mod provizoriu, solicitantului, protecția conferită potrivit dispozițiilor art;32 din Legea nr. 64/1991, cu excepția cazurilor în Care Cererea de brevet de invenție a fost respinsă, retrasă sau considerată Ca fiind retrasă. Întinderea protecției conferite de cererea de brevet de invenție este determinată de revendicările conținute în cererea publicată în conformitate cuart.23alin.(1)-(3).

(λ οο _;ί,

Turbină eoliană cu pale tip buclă tangente la o suprafață de revoluție și lățime constantă

Invenția se referă în general la o turbină eoliană cu pale tip buclă tangente la o suprafață de revoluție și lățime constantă, și în particular la turbină eoliană cu pale tip buclă tangente la suprafața unui elipsoid.

Deși turbinele eoliene cu ax orizontal au cea mai largă răspândire, aceste turbine prezintă o serie de dezavantaje care le limitează aria lor de aplicabilitate.

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 3m/s; sisteme complicate pentru asigurarea girării în vânt, precum și zgomotul generat în timpul funcționării.

Din documentele WO 2004/011798 S2 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 semi-elicoidală.

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 de grade, 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 grade și 45 de grade pe cadrul central.

Din brevetul RO 125329 B1 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 i

^2 0 1 3 - 0 0 4 9 7

5 -07- 2013 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 12CF_Z 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. 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 9Cf.

Prezenta invenție își propune să îmbunătățească soluțiile deja cunoscute din stadiul tehnicii.

Astfel, un prim obiectiv al prezentei invenții este acela de a asigura o turbină eoliană mai silențioasă care să poată fi utilizată în zonele rezidențiale.

Un al doilea obiectiv al prezentei invenții este acela de a reduce semnificativ diametrul turbinei concomitent cu păstrarea sau chiar creșterea randamentului obținut.

Obiectivele menționate mai sus sunt atinse cu ajutorul unei turbine eoliene 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, pe axul central fiind montate trei pale, decalate între ele cu 12Cf_T în care fiecare pală are un unghi a format din tangentele proiectate pe același plan, ale celor două mediane ale palei menționate, văzute din față, cuprins între 5 si 135 grade, un unghi β1 format între coarda începutului de pală și axul central cuprins între 5 si 60 grade și un unghi β2 format între coarda sfârșitului de pala si axul central cuprins între 5 si 80 grade.

într-un exemplu preferat de realizare, unghiul a format din tangentele proiectate pe același plan, ale celor două mediane ale palei menționate, văzute din față, este cuprins între 45 si 65 de grade pentru o lungime a palei de 6 m.

într-un alt exemplu preferat de realizare, unghiul β1 format între coarda începutului de pală și axul central este cuprins între 15 si 45 de grade, sau mai bine între 15 și 28 de grade pentru o viteză medie a vântului de 6-8 m/s.

într-un alt exemplu preferat de realizare, unghiul β2 format între coarda sfârșitului de pala si axul central este cuprins 25 si 45 grade pentru o viteză medie a vântului de 6-8 m/s.

De preferință, palele de tip buclă au o formă eliptică.

C\ 2013-00497

5 -07- 2013

Utilizarea turbinei eoliene sferică, conform invenției, conduce la utilizarea mai bună a suprafeței utile a palelor, oferind o curgere lină a aerului pe suprafețele palelor, turbioanele de aer create de mișcarea masei de aer fiind folosite în plus la generarea mișcării de rotație, aceste aspecte conducând în final la creșterea randamentului turbinei.

Se dă în continuare un exemplu pur ilustrativ și nelimitativ de realizare a invenției, în legătură cu figurile anexate, în care:

- fig. 1 prezintă o vedere din lateral a turbinei eoliene conform invenției, în care este evidențiat unghiul a format de tangentele proiectate pe același plan, ale celor două mediane ale palei menționate, văzute din față;

- fig. 2 prezintă în detaliu o pală tip buclă conform prezentei invenții, evidențiind unghiul β1 format între coarda începutului de pală și axul central, și unghiul β2 format între coarda sfârșitului de pala si axul central;

- fig. 3 prezintă o vedere frontală a celor trei pale tip buclă tangente la o suprafață de revoluție montate pe axul central.

Modelul constructiv al unei turbine eoliene conform invenției se bazează pe utilizarea unor pale al căror ax central descrie o sinusoidă mulată pe o elipsă.

Această formă a palelor permite apariția unui efect de diminuare a masei de aer tampon ce apare la nivelul frontal al palelor și o transformare mai eficientă a energiei cinetice a aerului în mișcare de rotație. Palele au o lățime constantă pe toată lungimea lor.

Aceste aspecte conduc la creșterea randamentului în utilizare, demarajul turbinei fiind posibil la viteze ale vântului de 1 m/s. Totodată, acest tip de pală sub formă de buclă reduce semnificativ diametrul turbinei datorita utilizării practic a două rânduri de pale (cele din față și din spate). Randamentul obținut este mai ridicat cu 15-20% față de celelalte turbine la același diametru

Turbina eoliană, 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 lagăre flexibile 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.

Datorită formei palelor, nu este necesară existența unui sistem de frânare a axului central 2 în cazul unor turații ridicate, cazuri întâlnite la viteze mari ale vântului.

^-2013-00497 î

5 -07- 2013

Pe axul central 2 se află trei pale 1, decalate între ele cu 12CF (fig. 1). Această așezare a palelor 1 permite o mai bună direcționare și valorificare a curenților turbionari ce iau naștere la contactul dintre masa de aer și palele turbinei.

Fiecare pală 1 are un unghi a format din tangentele proiectate pe același plan, ale celor două mediane ale palei menționate, văzute din față, cuprins între 5 si 135 grade, un unghi β1 format între coarda începutului de pală și axul central 2 cuprins între 5 si 60 grade și un unghi β2 format între coarda sfârșitului de pala si axul central (2) cuprins între 5 si 80 grade.

Stabilirea acestor unghiuri și intervale de mărimi se face în funcție de lungimea palei, deci de puterea proiectată a turbinei, de caracteristica de răspuns a generatorului electric și de caracteristica resursei de vânt din zona unde se amplasează centrala eoliană.

Astfel, pentru o lungime a palei de 6 m, cu o raza a unghiul a format din tangentele proiectate pe același plan, ale celor două mediane ale palei menționate, văzute din față, este cuprins între 45 de 60 grade.

De preferință, unghiul β1 format între coarda începutului de pală și axul central 2 poate fi cuprins între 15 si 28 de grade, atunci când se dorește maximizarea randamentului de captare a energiei eoliene la o viteza medie a vântului de 6-8 m/s.

De asemenea, unghiul β2 format între coarda sfârșitului de pala si axul central 2 poate fi cuprins între 25 si 45 de grade, atunci când, de asemenea se dorește o maximizare a randamentului de captare a energiei eoliene la o viteza medie a vântului de 6-8 m/s.

în conformitate cu prezenta invenție, palele sunt de tip buclă cu o formă eliptică.

Efectul rezultant este un demaraj mai rapid al turbinei, respectiv începutul mișcării de rotație chiar la viteze ale vântului de 1 m/s.

Un alt efect al formelor paletelor este acela că nu mai este necesară existența unui pilon înalt de susținere, turbina putând funcționa normal și la o înălțime de 1,5 m de sol, în condițiile în care este încadrată de clădiri mai înalte decât ea. Ca atare, amplasamentul nu mai este o problemă dificilă.

Pentru a spori randamentul general al turbinei, palele 1 au un anume profil aerodinamic, care variază continuu de-a lungul axei palei, dar care se alege în funcție de cerințele de putere și amplasament ale turbinei.

¢-2013-00497

5 -07- 2813

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 apar în timpul funcționării nu influențează buna funcționare a axului central 2, datorită existenței unor lagăre flexibile 4.

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

Pentru generarea curentului electric, se folosește un generator care este antrenat direct de axul central 2.

Λ“ 2 Ο 1 3 - Ο Ο 4 9 7

Claims

Revendicări

1. Turbină eoliană turbină eoliană cu pale tip buclă tangente la o suprafață de revoluție destinată generării curentului electric cu ajutorul unui fluid 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 ce determină rotirea cadrului (3) prin intermediul unui pivot articulat (5), întregul ansamblu fiind susținut de un suport (6), pe axul central (2) fiind montate trei pale (1), decalate între ele cu 12Cf, caracterizată prin aceea că fiecare pală (1) are un unghi (a) format din tangentele proiectate pe același plan, ale celor două mediane ale palei menționate, văzute din față, cuprins între 5 si 135 grade, un unghi (β1) format între coarda începutului de pală și axul central (2) cuprins între 5 si 60 grade și un unghi (β2) format între coarda sfârșitului de pala si axul central (2) cuprins între 5 si 80 grade.
2. Turbină eoliană conform revendicării 1, caracterizată prin aceea că unghiul (a) format din tangentele proiectate pe același plan, ale celor două mediane ale palei menționate, văzute din față, este cuprins între 45 si 65 de grade pentru o lungime a palei de 6 m.
3. Turbină eoliană conform revendicării 1, caracterizată prin aceea că unghiul (β1) format între coarda începutului de pală și axul central (2) este cuprins între 15 si 45 de grade, sau mai bine între 15 și 28 de grade pentru o viteză medie a vântului de 6-8 m/s.
4. Turbină eoliană conform revendicării 1, caracterizată prin aceea că unghiul (β2) format între coarda sfârșitului de pala si axul central (2) cuprins între 25 si 45 grade pentru o viteză medie a vântului de 6-8 m/s.
5. Turbină eoliană conform oricăreia dintre revendicările precedente, caracterizată prin aceea că palele sunt de tip buclă cu o formă eliptică.