SK1222018U1 - Plávajúca veterná turbína - Google Patents

Abstract

Plávajúca veterná turbína umiestnená na kotvenej bóji alebo na mobilnom plavidle (6) je napojená na generátor (11) s prevodovkou (10). Turbína má vertikálnu os uloženia v stĺpe (2) a jej listy (1) sú uchytené na nosnú konštrukciu tak, že zvierajú so zvislou osou uloženia v stĺpe (2) uhol odklonu ?, pričom uhol nastavenia ? profilu listov (1) proti dotyčnici kruhovej dráhy rotácie listov (l) je daný dorazmi vo výkyvnom uložení listov (l) na nosnej konštrukcii a stabilizačnými prvkami. Plavidlo (6) má plutvy (4) na konci ramien (5), ktoré sú spojené pákami (7), ktoré sú kĺbovo uchytené na ťahadlá (8) a tie na ojnicu (9), ktorej kľuka je priamo na osi uloženia veternej turbíny alebo na osi výstupu prevodovky (10), na ktorom je tiež generátor (11). Veterná turbína je určená na pohon lodí, jácht a člnov, ako aj na výrobu akumulovanej energie v moriach.

Description

Technické riešenie sa týka plávajúcich veterných turbín, ktoré sú kotvené na upútaných bójkach alebo mobilných plavidlách s voľným pohybom so zámerom využiť energiu vetra aj v hlbokých vodách.

Doterajší stav techniky

Veterné turbíny pre využitie hodnotného morského vetra sú stavané na veterných formách v plytkej vode blízko pobrežia a známe ako off shore lokality. Napriek nízkej hladine sú nároky na zakladanie turbín vysoké v porovnaní s umiestnením na zemi. Pri stavbe základov dochádza tiež k záťaži životného prostredia pre morskú faunu. Prototypy plávajúcich veterných turbín používajú masívne bóje kotvené lanami a umožňujú prevádzku s väčšou hĺbkou mora než typ off shore do 50 m Malé veterné turbíny pre vnútornú elektrickú potrebu na rekreačných jachtách sú využívané len v rozsahu malých výkonov, bez vplyvu na pohon lodí, alebo pre externé energetické účely.

Podstata technického riešenia

Podstatou je plávajúca veterná turbína, ktorá je typu s axiálnou osou a jej listy majú odklon α od axiálne j osi zodpovedajúci smerovaniu aerodynamických síl do koreňa stĺpa, takže ich výslednica F nevytvára nadmernú momentovú záťaž na stĺp a zanedbateľne na plavidlo. Použitie takéhoto typu axiálnej veternej turbíny v súčinnosti s jej nízkou hmotnosťou pri využití jej skladateľnosti a odstredivých síl ťahovo namáhajúcich jednotlivé konštrukčné členy umožňuje zvýšiť priemer rotácie jednotlivých dvojíc a tým aj výkon zariadenia. Výkyvné uchytenie listov umožňuje zmenu uhlu nastavenia β počas otáčky na doraz, čo znižuje straty v porovnaní s Dariusovým typom turbíny s pevným a asymetrickým profilom

Tlak vetra na veternú turbínu vyrovnáva reakcia síl proti smeru vetra, ktoré vznikajú na plutvách umiestnených na konci ramien v zvislých čapoch a v pravom uhle spojené s pákami, ktoré sú klbovo uchytené na ťahadlá a tie na ojnicu, ktorej kľuka je buď priamo na osi axiálnej veternej turbíny, alebo je na osi výstupu prevodovky, na ktorú je napojený tiež generátor elektrickej energie s vlastnou prevodovkou. Plutvy umožňujú buď pohyb plavidla a tým energetické využitie výkonnej veternej turbíny bez energetických prevodov a pohybom v každom smere, alebo umožňuje stabilizáciu plavidla proti vetru a možnosťou produkovať vodík elektrolýzou vody vygenerovaným prúdom a to kdekoľvek na mori. Blízko pobrežia je možné odovzdávať energiu káblom, ďalej od pobrežia tlakovým potrubím s rovnakým tlakom vodíka ako tlak okolitej vody.

Stabilizácia plavidla konvenčne je tiež uplatniteľná ale vyžaduje prevody, elektromotory a lodné skrutky.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Na obr. 1 je čelný pohľad na plávajúcu veternú turbínu na plavidle.

Na obr. 2 je pohľad zhora so znázornením štyroch profiloch listov a rozvodu pák a ramien ku plutvám od osi veternej turbíny.

Príklady uskutočnenia

Rekreačná jachta s prevažne veterným pohonom

Jachta je vybavená veternou turbínou s axiálnou osou. Jej listy 1 sú v rotačnom priemere väčšou než dĺžka jachty a to dve dvojice na profiloch s kĺbmi s možnosťou zložiť rozvinutý tvar do úložného tvaru pri ochrane pred nadmerným vetrom, alebo na miestach priestorovo obmedzených. Veterná turbína je preto dimenzovaná na menovitý výkon a skladá sa z ľahčených a penových materiálov. Veľké rozpätie vodorovného nosníka je vystužené vzperovými lankami. Stĺp 2 je teleskopický ako aj vodorovný nosník. Výkon veternej turbíny pri 10 m/s vetre je postačujúci na primeranú cestovnú rýchlosť. Čiastočný prebytok výkonu slúži na dobíjanie Lilon batérií generátorom 11 s primeranou kapacitou. Hlavný výkon z osi ide cez prevodovku 10 na kľuku s ojnicou 9, ktorá spôsobuje cez ťahadlá 8 vratný pohyb pák 7 v zvislom čape 3 lomených do ramien 5, na konci ktorých sú výkyvne uložené plutvy 4. Dorazy v koreni každej protismerne sa pohybujúcej plutvy 4 zachytia záklon plutvy 4 v danej perióde výkmitu. Ramená 5 sú vzadu nad vodou, plutvy 4 sú ponorené. Zvislé čapy 3 zachytávajú torz.it u ramien 5. V čase kľudu veterná turbína dobíja akumulátory, príp. sa vyrába vodík, alebo je zložená. Veterná turbína môže byť variantne zložená z listov na malom priemere so stálym tvarom schopných funkcie aj pri nadmerných rýchlostiach vetra a udržovať funkčnosť za každých

SK 122-2018 U1 okolností. V inej variante je možná kombinácia rôznych pohonov pri menšom rozmere veterných turbín. Podstatnou výhodou je schopnosť plavby proti vetru nakoľko kubický nárast výkonu zvyšuje rozdiel medzi ziskom výkonu a odporom plavby v protivetre.

Iným uskutočnením je využitie mechanizmu prenosu výkonu na plutvy 4 na ručný pohon malých člán5 kov, kedy malá veterná turbína za bezvetria stráca funkčnosť. Pohon je racionálnejší než veslami nakoľko je v každom takte a bez vírov na ploche vesla a za člnom Snímateľná veterná turbínka sa nasadí pri vhodných podmienkach.

Iným uskutočnením je prídavný výkon pre riečne lode. Plavba pod mostmi je umožnená spustením teleskopického stĺpa 2. Veterný výkon počas plavby a dobíjanie batérií za kľudu pre prídavné pohony znižujú 10 spaľovanie fosílnych palív.

Iným uskutočnením sú veterné farmy v moriach bez obmedzenia hĺbkou. Skladovanú energiu vo vodíku alebo batériách možno odovzdať predchádzajúcim hybridným lodiam pre ich elektropohon alebo pre dodávku vodíkového paliva na pobrežie a ďalšie použitie.

Claims (2)

1. Plávajúca veterná turbína, ktorá je prispôsobená umiestneniu na kotvenej bóji, alebo mobilnom plavidle svojou hmotnosťou a hmotným ťažiskom, vyznačujúca sa tým, že je umiestnená

5 na plavidle (6) a napojená na generátor (11) s prevodovkou (10), má vertikálnu os uloženia v stĺpe (2) a jej listy (1) sú uchytené na nosnú konštrukciu tak, že zvierajú so zvislou osou uloženia v stĺpe(2) uhol odklonu α, pričom uhol nastavenia β profilu listov (1) voči dotyčnici kruhovej dráhy rotácie listov (1) je daný dorazmi vo výkyvnom uložení listov(l) na nosnej konštrukcii a stabilizačnými prvkami.

2. Plávajúca veterná turbína podľa nároku 1, vyznačujúca sa tým, že plavidlo (6) nesúce

10 plávajúcu veternú turbmu obsahuje plutvy (4) na konci ramien (5) v zvislých čapoch a v pravom utlie spojených s pákami (7), ktoré sú klbovo uchytené na ťahadlá (8) a tie na ojnicu (9), ktorej kľ uka je priamo na osi uloženia veternej turbíny alebo na osi výstupu prevodovky (10), na ktorom je tiež generátor (11).