RO201200019U1

RO201200019U1 - Turbină de vânt cu dispozitive anti-îngheţ

Info

Publication number: RO201200019U1
Application number: ROU201200019U
Authority: RO
Inventors: Folie Georg; Pezzo Ivan
Original assignee: Wilic S.Ar.L.
Priority date: 2011-03-02
Filing date: 2012-03-02
Publication date: 2013-02-28
Also published as: FI9757U1; RU121528U1; FR2972231B3; TR201202398U; ITMI20110329A1; AT13020U1; FR2972231A3; IES86099B2

Abstract

Invenţia se referă la o turbină eoliană prevăzută cu dispozitive de protecţie anti-îngheţ. Turbina eoliană, conform invenţiei, cuprinde un ansamblu () rotativ, ce are un butuc () care se roteşte în jurul unei axe (), şi cel puţin o paletă () fixată pe butuc (); turbina este prevăzută şi cu un dispozitiv () de protecţie anti-îngheţ, pentru împiedicarea formării de gheaţă pe paletă (), care, la rândul lui, include un corp () electric de încălzire, dispus pe paletă (); cel puţin o porţiune din suprafaţa () exterioară a paletei () este acoperită cu un strat dintr-un material () hidrofob, cuplat termic la corpul () electric de încălzire.

Description

RO 2012 00019 U1

TURBINĂ EOLIANĂ CU DISPOZITIVE ANTI-ÎNGHET

Descriere

Prezenta invenţie se referă la o turbină eoliană prevăzută cu dispozitive de protecţie anti-îngheţ.

Se cunoaşte că turbinele eoliene sunt adeseori afectate de problema formării de gheaţă. De fapt, din cauza temperaturilor scăzute, umiditatea din aer poate să creeze straturi de gheaţă cu grosimi diferite, care se extind pe palete. De exemplu, depunerile mari se pot forma după precipitaţii, în special de zăpadă, dar şi în cazul averselor de ploaie şi scăderilor ulterioare de temperatură. Chiar şi vaporii apoşi, care condensează în contact cu paletele, sunt adeseori suficienţi pentru a crea o peliculă ce poate să îngheţe şi să formeze un strat de depuneri de gheaţă.

Depunerile de gheaţă pe aripi sunt, în orice caz, dăunătoare din mai multe motive, în primul rând, masa de gheaţă care aderă pe palete are un impact (frecvent important) asupra funcţionării turbinei eoliene. De exemplu, greutatea mărită a rotorului determină sarcini mai grele din cauza masei totale mai mari.

Mai mult, un strat de gheaţă poate modifica cu uşurinţă forma sau profilul paletei, reducând foarte mult eficienţa aerodinamică. Cu alte cuvinte, suprafaţa paletelor este deformată de stratul de gheaţă într-un mod imprevizibil, iar proprietăţile aerodinamice ale paletelor sunt modificate. Astfel, paletele nu pot să interacţioneze cu vântul incident într-un mod optim, iar energia colectată şi transformată de turbina eoliană este mai puţină decât în starea de absenţă a gheţii. în final, depunerile mari de gheaţă pe palete poate să reprezinte un grav pericol pentru siguranţa publică. Datorită dimensiunilor mari ale paletelor (chiar de câteva zeci de metri) şi a mişcării de rotaţie la o viteză unghiulară relativ mare, regiunile periferice ale paletelor în utilizare se deplasează la viteze liniare mari. în cazul formării de gheaţă pe palete, unele blocuri pot să se desprindă şi să fie aruncate la distanţe considerabile faţă de turbină, prin aceasta creându-se un pericol evident. Riscul devine şi mai mare dacă turbina eoliană este instalată în vecinătatea caselor, a instalaţiilor industriale sau a căilor de comunicaţie. S-au inventat sisteme de protecţie anti-îngheţ, care să cuprindă încălzitoare electrice, aplicate pe paletele turbinelor eoliene. în practică, elementele conductoare de electricitate sunt fixate pe palete şi sunt conectate astfel încât să încălzească suprafeţele afectate de formarea de gheaţă. 1 RO 2012 00019 U1

Totuşi, sistemele cunoscute au două tipuri de dezavantaje. în primul rând, aplicarea conductorilor electrici este adeseori complexă şi are un impact remarcabil asupra costurilor totale ale fiecărei palete. Mai mult, este necesar să se disipeze o cantitate mare de energie pentru a se încălzi suficient suprafaţa paletei şi pentru a se evita formarea de gheaţă (sau pentru a se îndepărta gheaţa deja formată). De obicei, de fapt, şi în special în zonele cu climă rece, prevenirea şi îndepărtarea gheţii sunt eficiente dacă temperatura suprafeţei paletei este menţinută la circa 50°C. în caz contrar, disiparea termică, provocată de acţiunea vântului, este oricum suficientă pentru a îngheţa umiditatea care se depune pe palete. Astfel, consumul de energie necesară pentru atingerea şi menţinerea acestei temperaturi ridicate este considerabil.

Un obiectiv al prezentei invenţii îl reprezintă asigurarea unei turbine eoliene care să fie lipsită de limitările descrise şi, în special, care să reducă efectiv riscul formării de gheaţă.

Conform prezentei invenţii, se asigură o turbină eoliană ce cuprinde: un ansamblu rotativ ce include un butuc, care se roteşte în jurul unei axe, şi cel puţin o paletă fixată pe butuc; şi un dispozitiv de protecţie anti-îngheţ, pentru împiedicarea formării de gheaţă pe paletă; în care dispozitivul de protecţie anti-îngheţ cuprinde un încălzitor electric, montat pe paletă; caracterizat prin aceea că cel puţin o parte a suprafeţei exterioare a paletei este acoperită cu un strat de material hidrofob, cuplat termic la corpul electric de încălzire.

Stratul de material hidrofob împiedică sau cel puţin reduce depunerea umidităţii pe suprafaţa paletelor turbinei eoliene. Umiditatea, sub formă de vapori condensaţi, de picături sau de cristale, nu aderă pe suprafaţa exterioară a paletei şi tinde să se desprindă. Formarea de gheaţă este, prin urmare, contracarată prin acţiunea combinată a stratului de material hidrofob, care obstrucţionează depunerea umidităţii, şi a corpului electric de încălzire, care transformă energia electrică în energie termică. Energia necesară pentru a se împiedica formarea de gheaţă este, în consecinţă, mult mai mică faţă de cazul în care se utilizează exclusiv corpul electric 2 RO 2012 00019 U1 de încălzire. în general, pentru a se evita depunerile, este suficient să se menţină suprafaţa exterioară a paletei la o temperatură de aproximativ 20°C.

Mai mult, stratul de material hidrofob reduce depunerea de noroi şi de praf pe suprafaţa paletei.

Conform unui alt aspect al invenţiei, încălzitorul cuprinde un strat de material conductor de electricitate, depus pe suprafaţa exterioară a paletei.

Conform unui alt aspect al invenţiei, încălzitorul cuprinde un circuit conductor de electricitate, dispus pe un strat de susţinere fixat pe suprafaţa exterioară a paletei, în acest mod, dispozitivul de protecţie anti-îngheţ poate să fie aplicat cu uşurinţă pe paletă.

Conform unui alt aspect al invenţiei, dispozitivul de protecţie anti-îngheţ cuprinde un număr mare de module conectate electric, fiecare cuprinzând o respectivă parte de încălzire a corpului electric de încălzire, asigurată pe porţiunea respectivă a suportului şi acoperită de o respectivă porţiune hidrofobă a stratului de material hidrofob.

Modularitatea dispozitivului de protecţie anti-îngheţ face instalarea chiar mai uşoară şi, de asemenea, măreşte flexibilitatea de utilizare.

Conform unui alt aspect al invenţiei, corpul electric de încălzire cuprinde o placă conductivă, încorporată în paletă.

Conform unui alt aspect al invenţiei, încălzitorul şi stratul de material hidrofob se extind pe cel puţin o porţiune a muchiei de atac a paletei. în acest mod, muchia de atac, care este supusă cu uşurinţă la formarea de gheaţă, este efectiv protejată. în cele ce urmează, prezenta invenţie va fi descrisă cu referiri la desenele anexate, care ilustrează unele forme nelimitative de realizare a acesteia, în care: - figura 1 reprezintă o vedere laterală, cu subansambluri scoase pentru claritate, a unei turbine eoliene în conformitate cu o formă de realizare a prezentei invenţii; - figura 2 reprezintă o vedere frontală, cu subansambluri scoase pentru claritate, a turbinei eoliene din figura 1; - figura 3 reprezintă o diagramă-bloc simplificată a unui dispozitiv de protecţie anti-îngheţ, încorporat în turbina eoliană din figura 1; - figura 4 reprezintă secţiunea transversală a unei părţi din dispozitivul de protecţie anti-îngheţ din figura 3, efectuată de-a lungul planului IV-IV din figura 3; 3 RO 2012 00019 U1 - figura 5 reprezintă o vedere transversală a unei palete a turbinei eoliene din figura 1, efectuată de-a lungul planului V-V din figura 1; - figura 6 reprezintă un detaliu mărit al dispozitivului de protecţie anti-îngheţ din figura 3; - figura 7 reprezintă secţiunea transversală a unei părţi a dispozitivului de protecţie anti-îngheţ, încorporat într-o turbină eoliană, în conformitate cu o formă diferită de realizare a prezentei invenţii; - figura 8 reprezintă o vedere în perspectivă a unei părţi a dispozitivului de protecţie anti-îngheţ din figura 7; - figura 9 reprezintă o vedere de sus a unei prime variante a dispozitivului de protecţie anti-îngheţ din figura 7; -figura 10 reprezintă o vedere de sus a unei a doua variante a dispozitivului de protecţie anti-îngheţ din figura 7; - figura 11 reprezintă o secţiune transversală a unei părţi a dispozitivului de protecţie anti-îngheţ din figura 7, încorporat într-o turbină eoliană, conform unei alte forme de realizare a prezentei invenţii; şi - figura 12 reprezintă o vedere de sus, efectuată de-a lungul unui plan perpendicular pe o direcţie radială, a paletei unei turbine eoliene, conform unei alte forme de realizare a prezentei invenţii.

Figurile 1 şi 2 prezintă o turbină eoliană, indicată în ansamblu prin numărul de referinţă 1. Turbina eoliană 1 cuprinde un turn 2, o nacelă 3 şi un butuc 4, şi un număr mare de palete 5 (trei, în forma de realizare descrisă în cele de faţă). Mai mult, în interiorul nacelei 3 se află găzduite un generator electric 6 şi dispozitivele pentru reglarea turbinei eoliene 1, nu sunt prezentate în detaliu, în cele de faţă.

Cele trei palete 5 sunt susţinute de butucul 4, care este fixat pe nacela 3.

Nacela 3 este, la rândul ei, montată cu rotaţie pe turnul 2 în jurul unei axe de rotaţie A1, pentru pune paletele 5 în direcţia vântului, în timp ce butucul 4 se roteşte în jurul unei axe A2 în raport cu nacela 3. în forma de realizare ilustrată în figura 1, axele A3 ale paletelor 5 sunt efectiv perpendiculare pe axa A2 a butucului 4. Paletele 5 pot fi reglate suplimentar în jurul respectivelor axe A3 pentru a se fixa respectivul unghi de incidenţă al fiecărei palete 5 în raport cu direcţia vântului. 4 RO 2012 00019 U1

Butucul 4 şi paletele 5 definesc un ansamblu rotativ 7 care se roteşte în jurul axei A2 în raport cu nacela 3 şi, sub acţiunea vântului, se roteşte singură în jurul axei A2, cu o viteză unghiulară.

Fiecare paletă 5 este echipată cu respectivul dispozitiv de protecţie anti-îngheţ 8, alimentat de la o reţea electrică 9, care, la rândul său, este acţionat de generatorul electric 6.

Dispozitivele de protecţie anti-îngheţ 8 sunt identice unul cu altul şi, din acest motiv, în cele ce urmează, referirile vor fi făcute numai la unul dintre acestea, numai dacă nu se specifică altceva. Totuşi, se înţelege că ceea ce va fi descris şi ilustrat se va aplica în mod egal oricăruia dintre dispozitivele de protecţie anti-îngheţ 8. Aşa cum s-a prezentat schematic în figura 3, fiecare dispozitiv de protecţie anti-îngheţ 8 cuprinde un corp electric de încălzire 10, care se extinde pe cel puţin o parte din suprafaţa exterioară 5a a respectivei palete 5, şi un strat de protecţie 11, din material hidrofob, care acoperă corpul electric de încălzire 10. în forma de realizare ilustrată în figurile 4 la 6, corpul electric de încălzire 10 cuprinde un strat de material conductor de electricitate, depus pe suprafaţa exterioară 5a a paletei 5 (figura 4). în special, materialul conducător de electricitate este o vopsea conducătoare de electricitate, care este aplicată direct pe paleta 5.

Corpul electric de încălzire 10 defineşte un fir conductor ce se extinde de-a lungul unui traseu poligonal (cum ar fi cel din exemplul ilustrat) sau curbiliniu pe suprafaţa exterioară 5a a paletei 5 (figura 6).

Mai în detaliu, corpul electric de încălzire 10 acoperă cel puţin parţial o muchie de atac 12 a paletei 5 şi ocupă, pe părţile opuse ale paletei 5, o parte a suprafeţei exterioare 5a ce corespunde aproximativ unei treimi din coarda C, după cum s-a prezentat în figura 5 (coarda C fiind definită ca distanţa între muchia de atac 12 şi bordul de fugă 13, la o distanţă dată în raport cu axa de rotaţie A1). într-o formă diferită de realizare (nu este prezentată), corpul electric de încălzire 10 ocupă o parte din suprafaţa exterioară 5a a paletei 5, care corespunde aproximativ unei jumătăţi a corzii C.

Mai mult, corpul electric de încălzire 10 se extinde pe o parte radial exterioară a paletei 5, de-a lungul unei secţiuni ce corespunde aproximativ unei treimi din lungimea paletei 5 însăşi (figurile 1 şi 2). 5 RO 2012 00019 U1 în forma de realizare descrisă în cele de faţă, stratul de protecţie 11 este aplicat pe suprafaţa exterioară 5a, pentru a acoperi corpul electric de încălzire 10, şi se extinde pe o suprafaţă care este uşor mai mare decât cea a corpului electric de încălzire 10. în consecinţă, şi stratul de protecţie 11 se extinde pe muchia de atac 12 a paletei 5 şi pe o parte a suprafeţei exterioare 5 ce corespunde aproximativ unei treimi din coarda C şi unei treimi (radial exterioare) din lungimea L a paletei 5.

Mai mult, stratul de protecţie 11 este un strat dintr-o vopsea hidrofobă, depusă pe suprafaţa exterioară 5a a paletei 5. Ca alternativă, în locul unei vopsele hidrofobe, pe suprafaţa exterioară 5a a paletei 5 se poate pune un strat subţire sau o peliculă dintr-un material hidrofob, care, de exemplu, poate să fie fixat prin intermediul unui strat de adeziv. Ca alternativă suplimentară, suprafaţa exterioară este tratată cu nanoparticule pentru acoperirea cu un strat hidrofob.

De preferinţă, materialul care formează stratul de protecţie 11 este un material extrem de hidrofob.

Conform unei forme de realizare, ilustrată în figurile 7 şi 8, turbina eoliană 1 cuprinde dispozitivele de protecţie anti-îngheţ 108 dispuse pe paletele 5.

Fiecare dispozitiv de protecţie anti-îngheţ 108 cuprinde un corp electric de încălzire 110 şi un strat de protecţie 111.

Corpul electric de încălzire 110 este definit de un circuit conducător de electricitate, de exemplu un circuit plan din cupru, pe un strat de susţinere 112. Stratul de susţinere 112 este flexibil şi este fixat pe suprafaţa 5a a paletei 5, de exemplu, prin intermediul unui strat de adeziv.

Stratul de protecţie 111 este realizat dintr-un material hidrofob şi este aplicat pe stratul de susţinere 112 pentru a acoperi corpul electric de încălzire 110. Stratul de protecţie 111 se aplică înaintea instalării pe paleta 5.

Corpul electric de încălzire 110 poate să fie modular (figurile 9 şi 10). în acest caz, respectivele porţiuni 110a ale corpului electric de încălzire 110 sunt susţinute de respectivele porţiuni 112a ale stratului de susţinere 112 şi sunt acoperite de respectivele porţiuni ale stratului de protecţie 111. Porţiunile 11a ale corpului electric de încălzire pot să fie conectate electric în serie (figura 9) sau în paralel (figura 10). Conform formei de realizare din figura 11, turbina eoliană 1 este echipată cu dispozitivele de protecţie anti-îngheţ 208, care cuprind un corp electric de încălzire 210 şi un strat de protecţie 211, fiecare dintr-un material hidrofob. Corpul electric de încălzire 210 este definit de un strat conductor, încorporat în structura paletei 5. 6 RO 2012 00019 U1

Stratul de protecţie 211 acoperă partea paletei 5 în care este încorporat corpul electric de încălzire 210. în consecinţă, stratul de protecţie 211 este cuplat termic la corpul electric de încălzire 210, astfel încât efectul de reducere a depunerii de umiditate să se adauge la acţiunea de încălzire, după cum s-a descris mai înainte, în forma de realizare din figura 12, turbina eoliană 1 este echipată cu dispozitivele de protecţie anti-îngheţ 308, care cuprind un corp electric de încălzire 310 şi un strat de protecţie 311, fiecare dintr-un material hidrofob. în acest caz, corpul electric de încălzire 310 este definit de un strat conductor pe suprafaţa interioară 5b a paletei 5 (care este gol) şi este cuplat termic la suprafaţa exterioară 5a. Stratul de protecţie 311 este aplicat pe o porţiune a suprafeţei exterioare 5a ce corespunde regiunii în care este dispus corpul electric de încălzire 310. 7

Claims

RO 2012 00019 U1 Revendicări 1. Turbină eoliană care cuprinde: un ansamblu rotativ (15) ce include un butuc (4), care se roteşte în jurul unei axe (A1), şi cel puţin o paletă (5) fixată pe butucul (4); şi un dispozitiv de protecţie anti-îngheţ (8; 108; 208; 308) pentru împiedicarea formării de gheaţă pe paleta (5); în care dispozitivul de protecţie anti-îngheţ (8; 108; 208; 308) cuprinde un corp electric de încălzire (10; 110; 210; 310) dispus pe paleta (5); caracterizat prin aceea că cel puţin o porţiune din suprafaţa exterioară (5a) a paletei (5) este acoperită cu un strat dintr-un material hidrofob (11; 111; 211; 311), cuplat termic la corpul electric de încălzire (10; 110; 210; 310).
2. Turbină eoliană, conform revendicării 1, în care corpul electric de încălzire (10; 110) cuprinde un strat dintr-un material conducător de electricitate, depus pe suprafaţa exterioară (5a) a paletei (5).
3. Turbină eoliană, conform revendicării 2, în care materialul conducător de electricitate este o vopsea conductoare.
4. Turbină eoliană, conform revendicării 3, în care stratul de material hidrofob este depus pe suprafaţa exterioară (5a) a paletei (5).
5. Turbină eoliană, conform revendicării 1, în care corpul electric de încălzire (110) cuprinde un circuit conductor de electricitate dispus pe un strat de susţinere (112), fixat pe suprafaţa exterioară (5a) a paletei (5).
6. Turbină eoliană, conform revendicării 5, în care stratul de susţinere (112) este flexibil.
7. Turbină eoliană, conform revendicării 5 sau 6, în care stratul de susţinere (112) este fixat cu un strat de adeziv (113).
8. Turbină eoliană, conform oricăreia dintre revendicările 5 la 7, în care dispozitivul de protecţie anti-îngheţ (108) cuprinde un număr mare de module conectate electric, fiecare cuprinzând o respectivă porţiune de încălzire (110a) a corpului electric de 8 RO 2012 00019 U1 încălzire (110), fixată pe o respectivă porţiune de susţinere (112a) a stratului de susţinere (112) şi acoperită cu o respectivă porţiune hidrofobă (111a) a stratului dintr-un material hidrofob (111).
9. Turbină eoliană, conform oricăreia dintre revendicările 5 la 8, în care stratul dintr-un material hidrofob (111) este aplicat pe stratul de susţinere (112).
10. Turbină eoliană, conform revendicării 1, în care corpul electric de încălzire (210) cuprinde un strat conductor, încorporat în paleta (65).
11. Turbină eoliană, conform revendicării 1, în care corpul electric de încălzire (310) este dispus pe suprafaţa interioară (5b) a paletei (5).
12. Turbină eoliană, conform oricăreia dintre revendicările anterioare, în care corpul electric de încălzire (10; 110) este sub forma unui conductor care se extinde de-a lungul unui traseu poligonal sau curbat.
13. Turbină eoliană, conform oricăreia dintre revendicările 1 la 12, în care corpul electric de încălzire (10; 110) este sub forma unei plăci plane.
14. Turbină eoliană, conform oricăreia dintre revendicările anterioare, în care corpul electric de încălzire (10; 110; 210; 310) şi stratul dintr-un material hidrofob (11; 111; 211; 311) se extind pe cel puţin o porţiune a unei muchii de atac (12) a paletei (5).
15. Turbină eoliană, conform revendicării 14, în care corpul electric de încălzire (10; 110; 210; 310) şi stratul dintr-un material hidrofob se extind de-a lungul unei porţiuni a paletei (5) ce corespunde aproximativ unei treimi dintr-o coardă (C) a paletei (5).
16. Turbină eoliană, conform revendicării 13, în care corpul electric de încălzire (10; 110; 210; 310) şi stratul dintr-un material hidrofob se extind de-a lungul unei porţiuni a paletei (5) ce corespunde aproximativ unei jumătăţi dintr-o coardă (C) a paletei (5).
17. Turbină eoliană, conform oricăreia dintre revendicările anterioare, în care corpul electric de încălzire (10; 110; 210; 310) şi stratul dintr-un material hidrofob (11; 111; 211; 311) se extind de-a lungul unei porţiuni radial exterioare a paletei (5).
18. Turbină eoliană, conform oricăreia dintre revendicările anterioare, în care stratul 9 RO 2012 00019 U1 dintr-un material hidrofob (11; 111; 211; 311) se extinde peste o suprafaţă mai mare decât cea a corpului electric de încălzire (10; 110; 210; 310).
19. Turbină eoliană, conform oricăreia dintre revendicările anterioare, care cuprinde o reţea electrică (9), conectată la corpul electric de încălzire (10; 110; 210; 310).
20. Procedeu de împiedicare a formării de gheaţă pe paletele turbinelor eoliene, care cuprinde: fixarea unui corp electric de încălzire (10; 110; 210; 310) pe o porţiune a paletei (5); Şi acoperirea a cel puţin unei porţiuni din suprafaţa exterioare (5a) a paletei (5) cu un strat dintr-un material hidrofob (11; 111; 211; 311), astfel încât stratul dintr-un material hidrofob (11; 111; 211; 311) să fie cuplat termic la corpul electric de încălzire (10; 110; 210; 310). 10