SK272020U1 - Veterná vírová stena - Google Patents

Abstract

Veterná vírová stena pozostáva aspoň z dvojice multirotorových turbín (2), ktorých hriadele (3) sú uložené na priečkach (1) upnutých na zadnom nosníku (4), hmotnosť ktorého je viacbodovo nesená lankami (8) vedenými zvrchu predného nosníka (9). Plocha (7) iniciuje dva protibežné víry, ktoré sa zrážajú a zosilňujú prúdenie v mieste multirotorových turbín (2). Veterná stena umožňuje ekonomickú aplikáciu veterno energických kapacít do hôr, morí a na budovy.

Description

Oblasť techniky

Technické riešenie sa týka veterných vírových stien na zachytenie energie vetra a jeho premenu na elektrickú energiu bez potreby rozmerných listov turbín a bez potreby trvalých základov.

Doterajší stav techniky

Premena energie vetra sa v súčasnosti uplatňuje prevažne pomocou velko priemerových trojlistýcli rotorov umiestnených na vežiach s výškou približne velkosti priemeru rotora. Veže sú kotvené v základoch alebo plávajúcich platformách, ktoré musia znášať extrémny záťažový moment. Veľké priemery spôsobujú exponenciálny nárast hmotnosti a pri nízkych otáčkach nároky na nákladný prevodový systém. Vysoká hmotnosť uvedených komponentov obmedzuje hospodárnosť a ekologickosť výroby a montáž zariadení najmä v horách a namoriach, tedav najvýhodnejšíchvetemýchlokalitách.

Podstata technického riešenia

Podstatou technického riešenia sú dvojice multirotorových veterných turbín - každá so spoločným hriadeľom. Hriadele sú položené na podpornej konštrukcn, ktorá pozostáva z predného nosníka, zadného nosníka a priečok pričom predný a zadný nosník sú prepojené lankami na zachytenie ich hmotností a zmenšenie momentovej záťaže od váhy nosníkov. Dolné časti predného nosníka a zadného nosníka sú spojené na otočnej oske na vrchole stĺpa. Spodná časť hriadeľov ústi do pravouhlých prevodov a krútiaci moment sa ďalej prenáša do centra na generátor, pričom tento môže mať rotačný plášť a protibežný hriadeľ.

Pod predným nosníkom je zavesená plocha, ktorá iniciuje na svojich okrajoch vznik indukčných vírov, ktoré sa udržujú prúdením vzduchu na celej veternej vírovej stene tvaru obdĺžnika. Dva protibežné víry vznikajúce na žľaboch a šikmých plochách sa v strede steny zrážajú a urýchľujú prúdenie cez multirotorové turbíny v smere blízkom k ose turbín.

Na priečkach sú vztlakové plochy vo funkcn krídiel medzi dvojicami turbín a svojím usmernením prúdenia okolo okrajových hrán urýchľujú vírové prúdy a optimalizujú smer prúdenia podľa meniteľného uhlu nábehu.

Vztlakové sily zo vztlakových plôch vytvárajú protimoment voči odporovým silám od vetra takže výslednica vektorového súčtu síl je v rovine kotvenia stĺpu alebo na úrovni hladiny vody.

Plocha pod predným nosníkom má vlnitý tvar vystužený priečnymi pruhmi a je zavesená na lankách v každej vlne. Tým je ľahko prenosná a harmonikovo stlačiteľná do prepravného tvaru.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Na obr. 1 je čelný pohľad na celé zariadenie s vyznačením vírov, ktoré sa iniciujú dolu a udržujú odporom steny.

Na obr. 2 je bočný pohľad na zariadenie.

Príklady uskutočnenia

Horská veterná vírová stena je určená na využitie výhodných veterných podmienok v horách bez ujmy na životnom prostredí a bez viacnákladov pri montáži a masívnom zakladaní. Stĺp 10 sa len upne v strede jeho výšky trojicou vzpier alebo lán a konštmkcia sa uloží otočné na jeho vrchol zo vzduchu. Predný nosník 9 ako aj zadný nosník 4 sú delené a späté lankami 8, takže vykazujú nízku hmotnosť podobne ako multirotorové turbíny 2, ktoré majú nízky priemer a teda exponenciálne nižšiu hmotnosť. Plocha 7 zavesená pod predným nosníkom 9 koncentruje prúdenie a vytvára vírové prúdenie okolo vírovej veternej steny. Na vrchol hory alebo hrebeňa je dopravená samostatne v zovretom stave, pri montáži sa harmonikovo roztiahne na vyššie rozpätie a indukčné prúdenie vírov okolo krajných hrán zvýši aktívny čelný priemer činného vetra. Vo vzťahu k základnému čelnému prierezu takto stúpa dosiahnuteľná účinnosť premeny kinetickej energie vetra na elektrickú generovanú generátorom 5 po sprevodovaní v pravouhlých prevodoch 6 so vstupom z hriadeľov 3 hnaných multirotorovými dvojicami turbín 2. Oska stĺpa 10 môže niesť niekoľko paralelných zadných nosníkov 4 postavených na priečnom nosníku. Vztlakové plochy na priečkach 1 zvyšujú vírový efekt a optimalizujú smer prúdenia na listy turbín 2. Preťaženie nadmerným vetrom sa eliminuje tzv. praporovaním vztlakových plôch okolo priečok 1 ako aj plochy 7 pružnosťou zadných výstužných laniek. Vzpon vztlako2

S K 27-2020 U1 vých plôch umožňuje priamo smerovať celú otočnú časť na zvislej oske stĺpu do smeru vetra.

Iným uskutočnením technického riešenia je plávajúca veterná vírová stena. Všetky funkcie sú ako v predošlom príklade s tým, že stĺp 10 je dutá plávajúca bója ktorej horná polovica do výšky 20 mje nad hladinou, spodná polovica je upnutá lanami o morské dno. Nízka hmotnosť systému a bezmomentovosť stĺpa 10 v tva5 re dutej rúry umožňujú znížiť náklady na platformu a jej uchytenie.

Iným uskutočnením je malá veterná elektráreň na rovnej alebo sedlovej streche. Výška stĺpa 10 sa volí tak, aby samotná vírová stena bola v zóne najvyššieho prúdenia okolo hrany strechy. Plocha 7 nie je nutná ak je uplatnená mikroturbína 0,5 až 1 kW. Vírová veterná stena môže slúžiť na ohrev vody v bojleri a vykurovanie objektu priamo alebo cez tepelné čerpadlo. Kapacitný faktor je v zimnom období asi 2,5 krát vyšší ako 10 u solárnych systémov. Ideálne je uplatnenie hybridných systémov vírových veterných stien a slnečných kolektorov. Stredne kapacitné prevedenie je možné prevádzkovať na výškových budovách výhodne jednoduchého upínania stĺpa 10 lankami kotvenými na zvislých stenách.

Iným uskutočnením je veterný zdroj pre elektricky hnané lode. Bok lode slúži ako plocha 7 a vytvára vzostupný prúd na veternú vírovú stenu pri bočnom vetre. Plavba je možná aj v protivetre primeranou rých15 losťou. Loď môže slúžiť ako dobíjacia stanica, ktorá sa bez kotvenia udrží v protivetre pomocou multirotorových lodných skrutiek a spotrebou časti výkonu. Predný nosník 9 a zadný nosník 4 možno teleskopický sťahovať, veterná vírová stena ako celok môže byť na lodi natáčaná do smeru hnacej plachty.

Claims (3)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Veterná vírová stena určená na zachytávanie a premenu veternej energie, vyznačujúca sa tým, že aspoň jedna dvojica multirotorovej veternej turbíny (2) ktorej rotory sú na jednej osi, má svoje 5 hriadele (3) podopreté priečkami (1), ktoré sú v strede upnuté na zadnom nosníku (4), ktorý je lankami (8) spriahnutý s predným nosníkom (9) a ktorých spodné časti sú spojené v úrovni vrcholu stĺpa (10) so zvislou otočnou oskou, pričom hriadele (3) spodnou časťou končia v pravouhlých prevodoch (6) spojených s generátorom (5) a pod predným nosníkom (9) je zavesená plocha (7).
2. 2. Veterná vírová stena podľa nároku 1, vyznačujúca sa tým, že na priečkach (1) sú 10 uchytené vztlakové plochy s menlivým uhlom nábehu.
3. 3. Veterná vírová stena podľa nároku 1, vyznačujúca sa tým, že plocha (7) má vlnitý harmonikový tvar vystužený vertikálnymi lankami centrálne upnutýmiv hornej časti predného nosníka (9).