SE1230048A1 - Turbinblad för vertikala vindturbiner - Google Patents

Abstract

Uppfinningen kännetecknas av att vara turbinblad för användning på vertikala vindturbiner för generering av energi och består av två fast sammankopplade kroppar och dem emellan en mellanrum för genomflöde av luft.Turbinbladens främre kropp är ett koniskt triangulärt nosparti vars bakre vägg är konkav. Denna noskon är fast sammankopplad i nosen på en bakre kropp som är utformad som en flygplansvinge i profil. (Figur 6).

Description

40 45 Geometrisk beskrivning Uppfinningen är fast fixerad med armar till ett nav som roterar. Uppfinningen står vertikalt i luften fastsatt på ett nav som sitter på en mast som står på marken (Figur l). Uppfinningen har därigenom möjlighet att fånga vindens kraft genom att utnyttja den rotation som uppstår och överföra kraften till en generator som alstrar elektricitet. Genom uppfinningens aerodynamiska utformning startar uppfinningen att rotera när det finns vind, även vid låg vindhastighet.

Uppfinningens kännetecknas av att den består av två fast sammansatta kroppar och dem emellan, en luftspalt, som släpper igenom ett luftflöde (Figur 5).

Profilgeometrin på uppfinningens noskon (Figur 2) är aerodynamiskt utformad for att till en viss grad avge bromsverkan under hela rotationscykeln samt att fånga vinden i medvind under rotationscykeln. Utseendet är på noskonen är koniskt triangulärt där den den framåtriktade vinkeln (Figur 2c) är mindre än 90 grader. Den yttre långsidan på noskonen (Figur 2b) är en förlängning av ovansidan på den andra kroppen av uppfinningen benämnd Vinge (Figur 2) med ett luftgenomsläpp mellan de båda kroppama (Figur 2 Vinge och Noskon). Den totala längden av uppfinningens konvexa yttre sida (Figur 2a, -b, -l) understiger den totala längden på uppfinningens konvexa inre sida, som är riktat mot navet (Figur 2f, -m). Denna utformning på uppfinningen skapar vid rotation, ett undertryck på insidan av uppfinningen riktad inåt mot navet som i viss mån ökar dragkraften inåt och snett framåt på uppfinningen i dess rotationscykel. Detta är känd teknik.

När uppfinningen, turbinbladet befinner sig i rotationsfasen: medvind bildas istället ett övertryck av luft på insidan av uppfinningen som driver uppfinningen framåt.

Den bakre delen på noskonen är konkav (Figur 2n) och fångar vinden vid rotationscykeln i medvind (Figur 3a,-b,-c,-d,-e,-f,-g) samt skickar då också luften bakåt genom luftspalten i riktning bakåt på utsidan av uppfinningen över kroppen benämnd Vinge (Figur 2a).

Riktningen på utblåset, bakåt från rotationsriktningen, medför att en reaktionskraft bildas som ökar kraften som driver uppfinningen, turbinbladet, framåt.

Kroppen benämnd Vinge på uppfinningen är fast sammansatt (Figur 5a, -b) med kroppen benämnd Noskon (Figur 2 Noskon) med ett luftgenomsläpp dem emellan.

Funktionsbeskrivning Konventionella turbinblad har en hög maxrotationshastighet. Uppfinningen löser detta problem genom att uppfinningens noskon (Figur 4 a) har en större frontal ytarea än ett konventionellt turbinblad i samma storlek (Figur 4b). Detta medför att luftmotståndet blir högre än när ett konventionellt turbinblad används. En automatisk luftmotståndsbroms uppstår som ger en lägre maxrotationshastighet. För hög maxrotationshastighet kan vara ett problem då det blir högre ljudnivåer och även vibrationer kan uppstå som har en negativ inverkan på både närmiljö och mekaniska och elektriska komponenter.

En hög maxrotationshastighet innebär att generatom måste anpassas för att klara av 2 40 45 att hantera detta men då går det inte lika bra att utnyttja lägre vindhastigheter för elektrisk kraftgenerering, då kraften som genereras inte blir lika stor som den som genereras av uppfinningen.

Uppfinningen löser detta automatiskt genom noskonens storlek och den krok som sticker ut i riktning mot navet (Figur 6a , 6d). Denna krok ökar avsevärt den kraft som genereras.

För att klara hög rotationshastighet måste generatoms spolar lindas med koppartråd som har en större ytarea i profil, med andra ord tjockare tråd. Annars blir kopparhärvoma för varma och de kan brinna upp eller brännas av. Detta motverkar effektiviteten på generatorn vid utnyttjande vid lägre vindhastigheter då inte tillräcklig spänning uppnås.

Tjockare koppartråd med större ytarea ger mindre spänning vid vid låg rotationshastighet eftersom man inte får plats med lika många varv koppartråd i spolen. Det får helt enkelt inte plats. Detta innebär att effekten man får ut av en generator lindad med tjockare koppartråd fungerar mindre effektivt vid lägre vindhastigheter än vad en generator lindad med tunnare koppartråd kan ge. Det krävs med andra ord en en hög rotationshastighet på för att utnyttja vindens kraft när man utnyttjar känd teknik som konventionella turbinblad som roterar snabbt.

Uppfinningen löser detta problem genom att turbinbladets utformning automatiskt åstadkommer en rotationshastighetsbegränsning vid höga vindstyrkor, detta uppnås genom en relativt hög främre vinkel på noskonen (Figur 2c), i jämförelse med ett konventionellt turbinblad, samt längden på de två främre benen i triangeln (Figur 2g, -h) som bildas av den främre vinkeln i noskonen (Figur 2c), Denna totala angreppsarea mot luften bromsar uppfinningen, turbinbladet, i luftflödet när den roterar (Figur 3) Designstorleken på noskonen definerar till stor del vid vilken vindhastighet en maximalrotationshastighet uppstår.

Ett problem för konventionella turbinblad är att den övre maxrotationshastigheten som erhålles blir för hög i starka vindar och då måste dessa turbinblad bromsas mekaniskt eller helt stoppas eftersom den kraftgenerering som alstras blir för hög och då förstörs de sammankopplade elektriska genereringskomponentema.

Uppfinningen löser detta problem genom den automatiska luftbroms som uppstår genom den breda kolumnen som fronten på noskonen bildar (Figur 4a) .

De produktionsavbrott som uppstår vid för hög vindhastighet och genom användandet av konventionella turbinblad innebär att produktionstiden av elektricitet blir mindre då det inte går att uttnyttja vindkraftsaggregatet vid höga vindhastigheter. Konventionella vindturbiner måste antingen bromsas eller stängas av. Andra problem vid höga varvtal för konventionella vindturbiner kan även innebära att höga ljud och att vibrationer uppstår. Uppfinningen möjliggör en markant längre produktionstid än konventionella vindkraftverk, då den automatiska luftbromsen medför att verket inte måste stoppas eller bromsas på grund av hög vindhastighet.

Uppfinningen hänför sig till att automatiskt bromsa rotationshastigheten genom 3 40 45 användandet av en stor frontalytarea på noskonen som ger ett större motstånd då turbinbladet roterar i luften.

Noskonen fungerar som en dragkraftsförstärkare när turbinbladet roterar i medvind då längden på den del som sticker ut från centralplanet (Figur 6d) av turbinbladet i profil, inåt mot navet, (Figur 6a), hakar i vinden genom att ytan som vinden kan haka tag i ökar under den del av vindturbinens rotation när turbinbladet befinner sig i en drivande fas (Figur 3 c,-d,-e,-f,-g). Då endast 59,9% av vindens kraft kan överföras till mekanisk energi enligt Betz lag, finns ett luftgenomsläpp mellan de två turbindelskroppama benämnda Noskon och Vinge för att maximera det möjliga kraftuttaget och samtidigt när uppfinningen befinner sig i denna fas av rotationscykeln, komprimeras luftflödet in genom luftgenomsläppet (Figur 5) och skickas ut bakåt på utsidan av uppfinningens bakre kropp, benämnd Vinge (Figur 2a).

När uppfinningen befinner sig i medvind under rotationscykeln kan detta liknas med en segelbåt som kör i slör, vinden snett bakifrån, med både segel och spinnacker uppe samtidigt.

Problemlösning Föreliggande uppfinning löser problemen med den kända tekniken genom att den har de i de efterföljande patentkraven angivna särdragen. De löser problemen med övervarvning vid höga vindhastigheter och därmed för stark genererad spänning i generatom med utbränd generator eller altemator som resultat. Uppfinningen ger en ökad dragkraft under rotationscykelns dragande fas (Figur 3a,-b,-c,-d,-e,-f,-g) Uppfinningen löser problemet då det inte blir nödvändigt att bromsa eller stoppa vindturbinen vid for höga vindhastigheter med minskad produktion och slitage som resultat. Uppfinningen löser detta problem genom att utnyttja större frontal ytarea på Noskonen (Figur 2) där ytarean på detta nosparti, blir en kolumn av turbinbladets hela längd. Denna ytarea definierar det möjliga maximala varvtalet som erhålles vid högre vindhastigheter, i viss mån påverkar också lufttrycket och luftens temperatur detta maximala varvtal men i marginell betydelse.

Det lägre maximala varvtal som blir resultatet av en stor frontal ytarea på Noskonen löser också problem som uppstår vid höga varvtal, hög ljudnivå, vibrationer, och ökad slitage på mekaniska och elektriska delar.

Figurförteckning Figur l är ett stiliserat exempel på ett vertikal vindturbin.

Figur 2 visar ett stiliserat exempel på uppfinningen i genomskäming.

Figur 3 visar ett exempel på de olika vinklar som uppfinningen befinner sig i under en rotation i en vy ovanifrån.

Figur 4 visar skillnaden i profil mellan uppfinningen och ett exempel på ett konventionellt vindturbinblad.

Figur 5 visar ett stiliserat exempel på hur luftgenomsläppet mellan uppfinningens två kroppar, benämnda vinge och noskon, kan se ut i en 3 dimensionell vy. 4 40 45 Figur 6 visar ett stiliserat exempel på noskonens utstickande del.

Detaljbeskrivning av uppfinningen Turbinbladet består av två fast sammansatta delar: en främre del, benämnd Noskon, ett mellanrum för genomsläpp av luft samt en bakre vingdel, benämnd Vinge. (Figur 2) Den främre delen, benämnd Noskon har två funktioner. l. Den fungerar som en skopa som fångar vinden och ger framåtdrivande kraft i medvind 2. Den fungerar som en broms. När turbinbladet går genom luften medför ytarean (Figur 4a) på Noskonen att rotationen på vindturbinen bromsas.

Bromsverkan ökar ju fortare turbinbladen roterar genom luften detta gör det omöjligt för vindturbinen att övervarva och skada de mekaniska och elektriskt genererande komponentema.

Genom att anpassa noskonens ytarea vid dess tillverkning är det möjligt att definiera vid vilken vindhastighet en maxrotationhastighet skall uppstå.

Frontalytarean på noskonens kolumn (Figur 4a) samt den främre vinkeln på nospartiet (Figur 2c) samt storleken på noskonen (Figur 2g,h,i,) definierar till stor del vid vilken vindhastighet en maximal rotationshastighet uppstår. Även den totala ytarean på hela uppfinningen inverkar med luftfriktion, men i mindre grad i relevanta hastigheter.

Luftgenomsläppet mellan de båda turbinbladsdelarna har tre funktioner. l. I medvind fångas luften av skopan och skickar luften bakåt över den bakre delen av turbinbladet. På så sätt ökas kraften som driver turbinbladet framåt. 2. I vind från sidan (Figur 3p, -a, -b, -c) medför luftgenomsläppet mellan de båda kropparna benämnda Vinge och Noskon att uppfinningen kan haka i vindströmmen något tidigare i rotationscykeln. Luftströmmen i detta läge går i motsatt riktning och utnyttjar även då konkaviteten i Noskonen och skickar ut en luftström på insidan av turbinbladet. Detta innebär en mindre ökning av kraftgenereringen i vaije rotationscykel.

Den bakre delen av turbinbladet, benämnd Vinge, är utfonnad som en konventionell flygplansvinge for att maximera kraften som driver uppfinningen framåt och inåt mot navet. Detta enligt samma princip som ett flygplan som kör i en konstant looping.

Där ett undertryck skapas på ovansidan av flygplansvingen som skapar lyftkraft åt flygplanet. På samma sätt skapar uppfinningen ett undertryck på insidan i riktning mot navet (Figur 3) Den del av uppfinningens kropp benämnd Vinge, har funktionen av att fånga vinden och driva uppfinningen framåt i rotationscykelns drivande fas, d.v.s. i medvind. Den har då också funktionen av att samla in luft och skicka ut denna genom luftspalten som finns mellan de av uppfinningen bestående två kroppama benämnda Vinge och Noskon. I rotationscykelns drivande fas, medvind, samlar kroppen benämnd Vinge (Figur 2) in luften och det skapas ett övertryck på insidan av uppfinningen och framför den konkava bakre delen av Noskononen (Figur 6d) då den bakre sidan av kroppen benämnd Noskon är konkav och har en uppsamlande funktion då den sticker ut på insidan av turbinbladet. Konkaviteten på noskonen medför att luftströmmen som då är under ett tryck högre än det som är på utsidan av uppfinningen så flödar luften ut bakåt på utsidan av kroppen benämnd Vinge och skapar på så sätt för uppfinningen en ökad framåtdrivande kraft.

Claims (1)

1. 0 15 20 25 30 35 40 45 Patentkrav l. 10. Anordning som kännetecknas av Vindturbinblad som är utformad i två fast sammanfogade kroppar med ett luftgenomsläpp dem emellan för användning på vertikala vindkraftverk for alstring av elektricitet. Den frärnre kroppen är i profilgeometri triangulärt aerodynamiskt utformad där den bakre benet i triangeln är konkavt utformad och de två främre benen i triangeln är konkavt utformade. Denna Noskon är fast fixerad på den bakre konkava sidan till olika punkter i vertikalled på den främre delen på den bakre kroppen kallad Vinge. Vingen har profilforrnen av en flygplansvinge. Luftgenomsläppet längs med turbinbladet mellan de båda kropparna är så stort stort som möjligt i vertikal led, i horisontell led är luftgenomsläppet 3-15% av den totala bredden av turbinbladet i vertikal led. (Figur 2 och Figur 5) Uppfinningen kännetecknas enligt patentkrav l av att en maximal rotationshastighet automatiskt kan uppnås vid en lägre vindhastighet ån vid användande av konventionella vindturbinblad, genom att ytan på den frontala kolumn som bildas av den främre kroppen benämnd Noskon bromsar uppfinningen när den roterar runt navet genom luften. (Figur 4a) . Uppfinningen kännetecknas enligt patentkrav l och 2 av att det finns ett luftgenomsläpp mellan de båda kroppama benämnda Vinge och Noskon. När turbinbladet befinner sig i en drivande fas samlas luften under övertryck på insidan av turbinbladet och skickas bakåt, över Vingens utsida mellan Vinge och Noskon genom att den bakre sidan på Noskonen är konkav. (Figur 6d) Uppfinningen kännetecknas enligt patentkrav l av att det inte finns några rörliga delar i uppfinningen, delama benämnda Vinge och Noskon är fast fixerade i varandra (Figur 5) Uppfinningen kännetecknas enligt patentkrav l av att turbinbladen är fast fixerade medelst armar till ett nav som är axialt direkt kopplad till antingen en generatorstator eller generatorrotor, utan någon utväxlingsmekanism. Uppfinningen kännetecknas enligt patentkrav l och 2 och 3 av att en maximal rotationshastighet uppstår vid en specifik vindhastighet som är lägre än vid användandet av turbinblad med känd teknik. Uppfinningen kännetecknas enligt patentkrav l av att rotationshastigheten är lägre i jämförelse med vindturbinblad utvecklade med känd teknik av samma storlek vid samma vindhastighet, men dragkraften som alstras av uppfinningen kännetecknas av att den är större. Uppfinningen kännetecknas enligt patentkrav l,2,4,5,6,7 av att det är möjligt att placera uppfinningen i människonära miljöer. Uppfinningen kännetecknas enligt patentkrav l och 3 av att luftgenomsläppet på turbinbladet låter luft gå i olika riktning genom detta mellanrum då uppfinningen befinner sig på olika platser i rotationscykeln detta ökar den kraft som genereras av turbinbladet i jämförelse med känd teknik. Uppfinningen kännetecknas enligt patentkrav l,2,3 att storleken och dimensioner på turbinbladen anpassas vid tillverkningen för ändamålet optimal verkningsgrad.