GR1009103B

GR1009103B - Ανεμογεννητρια εντος περιγεγραμμενου κυκλικου περιβληματος με δυνατοτητα στηριξης σε οποιοδηποτε σταθερο σημειο

Info

Publication number: GR1009103B
Application number: GR20160100227A
Authority: GR
Inventors: Βασιλειος Παντελη Ιωαννιτης
Original assignee: Βασιλειος Παντελη Ιωαννιτης
Priority date: 2016-05-12
Filing date: 2016-05-12
Publication date: 2017-09-08

Abstract

Η παρούσα εφεύρεση αφορά σε μια ανεμογεννήτρια εγγεγραμμένη σε κυκλικό περίβλημα με δυνατότητα στήριξης σε οποιοδήποτε σταθερό σημείο. Η εφεύρεση δίνει τη δυνατότητα στήριξης ή σύνδεσης της ανεμογεννήτριας μέσω του περιβλήματος σε οποιοδήποτε σημείο υπάρχει επαρκής στήριξη ανεξάρτητα από την κλίση ως προς το έδαφος, όπως σε κάθετες ή κεκλιμμένες επιφάνειες. Η εγκατάσταση του περιβλήματος αυξάνει την ποιότητα της αεροδυναμικής ισχύος με αύξηση της ταχύτητας του ανέμου, που επιδρά στα πτερύγια, αυξάνοντας την πυκνότητα του αέρα με τη χρήση προεξοχής για την εισροή αέρα στο άνω μέρος αυτού. Η βελτίωση της απόδοσης μειώνει την καταπόνηση των πτερυγίων και των σημείων συγκόλλησης ή των βάσεων στήριξης της ανεμογεννήτριας σε σταθερά σημεία αναλογικά προς την παραγόμενη ενέργεια με αποτέλεσμα τη βελτίωση της αντοχής και διάρκειας ζωής της ανεμογεννήτριας.

Description

ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ

ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΗΤΡΙΑ ΕΝΤΟΣ ΠΕΡΙΓΕΓΡΑΜΜΕΝΟΥ ΚΥΚΛΙΚΟΥ ΠΕΡΙΒΛΗΜΑΤΟΣ ΜΕ ΔΥΝΑΤΟΤΗΤΑ ΣΤΗΡΙΞΗΣ ΣΕ ΟΠΟΙΟΔΗΠΟΤΕ ΣΤΑΘΕΡΟ ΣΗΜΕΙΟ

Η παρούσα εφεύρεση αφορά σε μια ανεμογεννήτρια με τρία ή περισσότερα πτερύγια (1) της οποίας το κέλυφος (2) στηρίζεται μέσω άξονα σε εξωτερικό κυκλικό περίβλημα το οποίο δημιουργεί περιγεγραμμένο κύκλο γύρω από το κέλυφος αυτής. Η εγκατάσταση περιβλήματος αυξάνει την ποιότητα της αεροδυναμικής ισχύος που ασκείται στα πτερύγια, αυξάνοντας την πυκνότητα του αέρα με τη χρήση προεξοχής/διεύρυνσης (3) για την εισροή αέρα στο άνω μέρος αυτού και αξιοποιώντας τους προσήνεμους ανέμους που ασκούνται σε αυτή με αποτέλεσμα τη βελτίωση της απόδοσης της ανεμογεννήτριας. Η παρούσα εφεύρεση δίνει τη δυνατότητα σύνδεσης της ανεμογεννήτριας μέσω του περιβλήματος σε οποιοδήποτε σημείο προσφέρεται επαρκής στήριξη ανεξάρτητα από την κλίση ως προς το έδαφος, όπως σε κάθετες ή κεκλιμμένες επιφάνειες.

Είναι γνωστό ότι γίνονται προσπάθειες ώστε οι ανεμογεννήτριες οριζόντιου άξονα να αυξήσουν την ταχύτητα του αέρα στα πτερύγια (1) με τη χρήση προστατευτικού στοιχείου με τη μορφή κυκλικού σωλήνα γύρω από τα πτερύγια (1). Η εισαγωγή ενός ή περισσοτέρων ομοιόμορφων διαστάσεων προστατευτικών στοιχείων σε ανεμογεννήτριες του παραπάνω τύπου μεταβάλλουν την πίεση του διαχεόμενου αέρα, η οποία στη συνέχεια μεταβάλλει την ταχύτητα του αέρα με σκοπό την αύξηση της ταχύτητας του εντός της φτερωτής (1).

Οι ανεμογεννήτριες οριζόντιου ή κάθετου άξονα επηρεάζονται από την τύρβη του ανέμου καθώς υπόκεινται σε συνεχείς μεταβολές της πίεσης με αποτέλεσμα να ασκούνται μεταβαλλόμενες δυνάμεις από την πρόσκρουση του αέρα στις φτερωτές (1). Σήμερα, η ανάντη ροή αέρα η οποία προσκρούει στα σημεία εισόδου των προστατευτικών στοιχείων προκαλεί αντίρροπες δυνάμεις οι οποίες δεν επιτυγχάνουν τη μεγιστοποίηση της ταχύτητας του αέρα λόγω της διέγερσης του αέρα που προκαλείται από την πρόσκρουση στην είσοδο του περιβλήματος.

κατακόρυφο πυλώνα (5) ή σε κάποια σταθερή οριζόντια βάση. Το γεγονός αυτό περιορίζει το εύρος των δυνατοτήτων εγκατάστασής τους διότι δεν προβλέπεται η δυνατότητα μετακίνησης της βάσης στήριξης (6) σε άλλα μέρη της περιμέτρου του προστατευτικού.

Η εφεύρεση αντιμετωπίζει το βασικό πρόβλημα να διαμορφώσει ένα εξωτερικό περίβλημα που θα προκαλεί τη βέλτιστη αύξηση της ταχύτητας του αέρα στα πτερύγια μιας ανεμογεννήτριας. Το πρόβλημα αυτό επιλύεται με τη μεγιστοποίηση της εισροής αέρα προς την φτερωτή, με την ελαχιστοποίηση της διέγερσης κατά την πρόσκρουση του εισερχομένου αέρα στην είσοδο του περιβλήματος και με την διεύρυνση του εξερχόμενου ρεύματος αέρα (σημείο περιβλήματος (7)) κατά την έξοδό του από το περίβλημα της ανεμογεννήτριας.

Το σχήμα 1 απεικονίζει μια ανεμογεννήτρια σύμφωνα προς την εφεύρεση, όπου διακρίνονται ο πυλώνας της ανεμογεννήτριας (σε περίπτωση χρήσης αυτού) (5), το σημείο (6) σύνδεσης του πυλώνα (5) με δυνατότητα προσανατολισμού αυτής με το περίβλημα (12) της ανεμογεννήτριας, ο άξονας του περιβλήματος (4), το κέλυφος ανεμογεννήτριας (2), η φτερωτή (1), η πλήμνη (10), η προεξοχή/διεύρυνση προσήνεμης πλευράς περιβλήματος (3), η προς τα έσω κεκλιμένη ακμή πρόσπτωσης (8) άνω, η προαιρετική προς τα έσω κεκλιμένη ακμή πρόσπτωσης (8’) κάτω, το οριζόντιο τμήμα (11) του τοιχώματος περιβλήματος, το προς τα έξω κεκλιμένο τμήμα περιβλήματος υπήνεμης πλευράς γωνίας φ, η γωνία φ ακμής διαφυγής (9), ο ανεμοδείκτης (13).

Η παρούσα εφεύρεση αφορά σε μια ανεμογεννήτρια με τρία ή περισσότερα πτερύγια (1) της οποίας το κέλυφος (2) στηρίζεται μέσω άξονα (4) σε εξωτερικό κυκλικό περίβλημα, το οποίο δημιουργεί περιγεγραμμένο κύκλο γύρω από το κέλυφος αυτής.

Το γεωμετρικό σχήμα του περιβλήματος διαθέτει προεξοχή/διεύρυνση (3) ώστε να συγκεντρώνει περισσότερο αέρα στο εσωτερικό του περιβλήματος με αποτέλεσμα μεγαλύτερη ταχύτητα και πυκνότητα αέρα που ρέει μέσα σε αυτό.

Το περίβλημα σύμφωνα προς την εφεύρεση διαθέτει άνοιγμα εισροής (8) με μεταβαλλόμενες κλίσεις, μειούμενες με κλιμακωτό τρόπο, για την ελαχιστοποίηση της διέγερσης του ανέμου προς το κέντρο των πτερυγίων. Ο μηχανισμός αυτός κατευθύνει και επιταχύνει τον άνεμο προς τα πτερύγια με αποτέλεσμα να επιτυγχάνεται γρηγορότερη περιστροφική κίνηση.

Η έξοδος της ροής του αέρα (7) επιτυγχάνεται με βέλτιστο τρόπο μέσω της αντιστροφής του αέρα προς το πάνω και προς το κάτω μέρος της εξόδου στην υπήνεμη πλευρά του περιβλήματος.

Ο σχεδιασμός του περιβλήματος συντελεί στη βέλτιστη μείωση της ανάκλασης φωτός και στη μείωση θορύβων από την κίνηση των πτερυγίων. Επίσης, η άνω προεξοχή/διεύρυνση (3) του περιβλήματος αποθαρρύνει πληθυσμούς όπως τα αποδημητικά πουλιά μέσω στοχευομένης ανάκλασης δέσμης φωτός ή εκπομπής υπερήχων.

Η χρήση ειδικού συνθετικού υλικού όπως ενισχυμένου πολυεστέρα συνδυάζει την υψηλότερη ανθεκτικότητα και αεροδυναμική για τους παραπάνω σκοπούς.

Τέλος, η ανεμογεννήτρια σύμφωνα προς την εφεύρεση μπορεί μέσω του κυκλικού της περιβλήματος (12) να συνδέεται μέσω γάντζου από οποιοδήποτε σημείο αυτού και να τοποθετείται σε οποιαδήποτε βάση στήριξης ή άλλο σταθερό αντικείμενο ανεξάρτητα από την ύπαρξη κλίσης ή μη. Αυτό καθιστά ευκολότερη την μετακίνησή της αφού δεν είναι απαραίτητη η ύπαρξη πυλώνα (5) και καθιστά μεγαλύτερο το εύρος των σημείων τοποθέτησής της.

Η ανεμογεννήτρια αποτελείται από τρία ή περισσότερα πτερύγια (1) συνδεδεμένα στην πλήμνη (10) και από το δρομέα και την ηλεκτρική γεννήτρια που βρίσκονται στο κέλυφος (2) της ανεμογεννήτριας. Το κέλυφος (2) συνδέεται με το περίβλημα (12) το οποίο διαθέτει προεξοχή/διεύρυνση (3) στο άνω μέρος αυτού για μεγαλύτερη εισροή αέρα. Η διάμετρος του περιβλήματος και οι γωνίες κλίσης του μικραίνουν από την είσοδο της ροής του αέρα με κατεύθυνση προς τα πτερύγια και η διάμετρος του περιβλήματος και οι γωνίες κλίσης του αυξάνει και πάλι από τα πτερύγια προς την έξοδο (9) στο άνω μέρος της οποίας υπάρχει ο ανεμοδείκτης (13).

Επίσης, οι κλίσεις του περιβλήματος (12) προσφέρουν ελαχιστοποίηση των πιέσεων αέρα στη βάση ή στις βάσεις στήριξης που προβλέπονται να τοποθετούνται εξωτερικά του περιβλήματος (12) για τοποθέτηση της ανεμογεννήτριας στηριζόμενης από οποιοδήποτε σταθερό σημείο και ελαχιστοποιούν τις εξωτερικές δυνάμεις που τυχόν να ασκούνταν στα σημεία στήριξης δίχως την προσφερόμενη προστασία από την προεξοχή/διεύρυνση (3) αέρα και την κλίση διαφυγής στο περίβλημα (12) αυτού, ενώ επιτρέπει τη χρήση βεργών, γάντζου, συρματόσχοινου ή μεθόδων συγκόλλησης σε σταθερές επιφάνειες λείες ή μη.

Ο τρόπος λειτουργίας του περιβλήματος είναι να μαζεύει, συμπυκνώνει, επιταχύνει και να συλλέγει και να διοχετεύει την αιολική ενέργεια σε βέλτιστη ενεργειακή πυκνότητα. Ο σχεδιασμός αυτός αφορά σε βελτιωμένο τρόπο αξιοποίησης της αιολικής ενέργειας για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας ο οποίος εκμεταλλεύεται τις αρχές της αεροδυναμικής και βασισμένος σε βελτιώσεις της στάθμης της τεχνικής αυξάνει την αποτελεσματικότητα της ανεμογεννήτριας κατά τουλάχιστον 40%. Η χρήση περιβλήματος προκαλεί τα πτερύγια (1) να κινούνται γρηγορότερα, ισχυρότερα και πιο αποτελεσματικά κάνοντας χρήση του φαινομένου Βεντούρι που αναπτύσσεται εντός του περιβλήματος στο ύψος της φτερωτής. Συγκεκριμένα, περιλαμβάνει ένα περίβλημα με είσοδο αέρα (8), κίνηση αυτού σε μικρότερη διάμετρο και έξοδο με βάση το Φαινόμενο Βεντούρι.

Ο σχεδιασμός του περιβλήματος στην υπήνεμη πλευρά (7) έχει προβλεφθεί να επιτρέπει την έξοδο της ροής του αέρα με βέλτιστο τρόπο μέσω του αεροδυναμικού σχήματος. Αυτό επιτυγχάνεται μέσω της αλλαγής της κλίσης μετά από τα πτερύγια της ανεμογεννήτριας από οριζόντια (11) σε αυξημένη και της χρησιμοποίησης εν συνεχεία ορθής γωνίας η οποία επιτρέπει την τάση του στρώματος του αέρος που βρίσκεται στην έξοδο να αντιστραφεί προς τα επάνω.

Το φαινόμενο Βεντούρι που αναπτύσσεται, βασίζεται στη βασική αρχή του Bernoulli η οποία έχει εφαρμογές, κατεξοχήν στους τομείς της αεροναυπηγικής. Συγκεκριμένα, ο αέρας που περνάει μέσα από το περίβλημα έχει μικρότερη ταχύτητα στην αρχή και στο τέλος του περιβλήματος από ότι στο μέσο του. Αυτό οφείλεται στο ότι, σύμφωνα με τη θεωρία Bernoulli, υπάρχει μία αντιστρόφους ανάλογη σχέση μεταξύ της ταχύτητας του αέρα και της πίεσης του αέρα η οποία αναπληρώνει τη μείωση της πίεσης με αύξηση της ταχύτητας του αέρα και αντιστρόφως. Η χαμηλή στατική πίεση προκαλεί μεγαλύτερη ροή μάζας μέσω της ανεμογεννήτριας σε αντίθεση με μία συμβατικού τύπου σχεδίαση ανεμογεννήτριας με την ίδια διάμετρο. Κατά συνέπεια, η παραγόμενη ισχύς είναι μεγαλύτερη καθότι το περίβλημα έχει τη δυνατότητα να επιταχύνει την κίνηση του αέρα καθώς η πίεση μειώνεται για να διατηρείται η σχέση πίεσης - ταχύτητας σύμφωνα με την εξίσωση Bernoulli: Α1* V1= Α2<*>V2όπου A1το εμβαδόν του περιβλήματος στην είσοδο, Α2το εμβαδόν στο ύψος που βρίσκονται τα πτερύγια, V1η ταχύτητα του ανέμου στην είσοδο και V2η ταχύτητα του ανέμου στο ύψος των πτερυγίων. Ο παραπάνω τύπος αποδεικνύει ότι μείωση της περιμέτρου Α2συνεπάγεται αύξηση της ταχύτητας V2στο ύψος των πτερυγίων έτσι ώστε να παραμένει σταθερή η εξίσωση.

Η αύξηση της ταχύτητας του αέρα συνεπάγεται αύξηση της αιολικής ενέργειας και, επομένως, αύξηση της παραγόμενης ισχύος. Σύμφωνα με τον τύπο της αιολικής ισχύος Pw= 1/2 p A V<3>(W/m<2>) , όπου p η πυκνότητα του αέρα, Α εμβαδόν πτερυγίων, V η ταχύτητα του ανέμου. Η παραγόμενη ισχύς Ρ εξαρτάται από τον κύβο της ταχύτητας του ανέμου (V<3>) (πυκνότητα κινητικής ενέργειας ανέμου x ταχύτητα ανέμου) ο οποίος αποδεικνύει τον καθοριστικό ρόλο της ταχύτητας του ανέμου για την αξιοποίηση της αιολικής ισχύος. Η αξιοποιήσιμη ισχύς (Ρ) μπορεί να μεγιστοποιηθεί διότι αφενός μεν η ταχύτητα του ανέμου επιτυγχάνει τη μέγιστη ταχύτητα στο ύψος που βρίσκονται τα πτερύγια (Vh) αφετέρου δε η ταχύτητα στο σημείο εξόδου (Ve) μειώνεται λόγω αύξησης της περιμέτρου σύμφωνα με τον τύπο ισχύος: Ρ = 1/2 p A (V<2>- Ve<2>) Vh.

Κατάλογος συμβόλων αναφοράς

1 φτερωτή

2 κέλυφος ανεμογεννήτριας

3 προεξοχή/διεύρυνση προσήνεμης πλευράς περιβλήματος

4 άξονας περιβλήματος

5 προαιρετικός πυλώνας ανεμογεννήτριας

6 πιθανό σημείο στήριξης βραχίονα ανεμογεννήτριας

7 το προς τα έξω κεκλιμένο τμήμα περιβλήματος υπήνεμης πλευράς γωνίας φ 8 προς τα έσω κεκλιμένη ακμή πρόσπτωσης, άνω

8’ προαιρετική προς τα έσω κεκλιμένη ακμή πρόσπτωσης, κάτω

9 γωνία φ τμήματος περιβλήματος υπήνεμης πλευράς

10 πλήμνη

11 οριζόντιο τμήμα τοιχώματος περιβλήματος

12 περίβλημα

13 ανεμοδείκτης

Claims

ΑΞΙΩΣΕΙΣ

1. Ανεμογεννήτρια που αποτελείται από δρομέα (1) από δύο ή περισσότερα πτερύγια (1), πλήμνη (10), το σύστημα μετάδοσης κίνησης, τα συστήματα ελέγχου και την ηλεκτρική γεννήτρια που βρίσκονται εντός κελύφους (2) της ανεμογεννήτριας, η οποία χαρακτηρίζεται εκ του ότι

φέρει περίβλημα (12) σχήματος περιγεγραμμένου κύκλου μεταβαλλομένης διαμέτρου, του οποίου η διάμετρος ξεκινά μεγάλη στην προσήνεμη πλευρά, μειώνεται σταδιακά και ελαχιστοποιείται στο επίπεδο της φτερωτής και αυξάνεται σταδιακά έως το άκρο του στην υπήνεμη πλευρά.

2. Ανεμογεννήτρια σύμφωνα προς την αξίωση 1, η οποία χαρακτηρίζεται εκ του ότι,

το κέλυφος (2) της ανεμογεννήτριας συνδέεται με το περίβλημα μέσω άξονα του περιβλήματος (12) ο οποίος εκτείνεται κατά την διάμετρο του περιβλήματος (12) και συνδέεται σταθερά με το κέλυφος (2) της γεννήτριας και το περίβλημα (12).

3. Ανεμογεννήτρια σύμφωνα προς την αξίωση 1 και 2, η οποία χαρακτηρίζεται εκ του ότι,

το περίβλημα διαθέτει στην προσήνεμη πλευρά προεξοχή/διεύρυνση και ακμή πρόσπτωσης (3,8) στο άνω τμήμα αυτού.

4. Ανεμογεννήτρια σύμφωνα προς την αξίωση 1 και 2 ή 3, η οποία χαρακτηρίζεται εκ του ότι,

το περίβλημα διαθέτει προαιρετικά στην προσήνεμη πλευρά ακμή πρόσπτωσης (8) στο κάτω τμήμα αυτού.

5. Ανεμογεννήτρια σύμφωνα προς οποιαδήποτε προηγούμενη αξίωση, η οποία χαρακτηρίζεται εκ του ότι,

το περίβλημα διαθέτει στην υπήνεμη πλευρά σύστημα εξόδου αέρα ή ακμή διαφυγής (12) υπό γωνία φ° (9) αυξανόμενη προς το άκρο του περιβλήματος.

6. Ανεμογεννήτρια σύμφωνα προς οποιαδήποτε προηγούμενη αξίωση, η οποία χαρακτηρίζεται εκ του ότι,

το περίβλημα διαθέτει μικρότερο πάχος στο κάτω μέρος και αυξανόμενο σταδιακά στο άνω μέρος του και έχει κατάλληλη ανθεκτικότητα για τη στήριξη της ανεμογεννήτριας δια μέσου αυτού από κάθε σημείο επαφής του.

7. Ανεμογεννήτρια σύμφωνα προς οποιαδήποτε προηγούμενη αξίωση, η οποία χαρακτηρίζεται εκ του ότι,

το περίβλημα διαθέτει μία ή περισσότερες βάσεις στήριξης η/οι οποία /ες τοποθετείται/ούνται εξωτερικά του περιβλήματος και μεταξύ της ακμής πρόσπτωσης (8) και της ακμής διαφυγής.

8. Ανεμογεννήτρια σύμφωνα προς οποιαδήποτε προηγούμενη αξίωση, η οποία χαρακτηρίζεται εκ του ότι,

η βάση στήριξης εξωτερικά του περιβλήματος δύναται να είναι αναδιπλούμενη ή μεταβαλλόμενου μεγέθους , να διαπερνάται από βέργες, συρματόσχοινα ή γάντζους στήριξης ανεξάρτητα σημείου προέλευσης αυτών ή να συγκολλάται με οποιοδήποτε σταθερό σημείο αντί χρήσης πυλώνα.