PL174752B1 - Elektrownia wiatrowa - Google Patents

Abstract

). Elektrowkiawintrowazwirnikiem silnika wiatrowego o pionowej osi obrotu, znamienna tym, że posiada pierścień ferromagnetyczny (6) z nakładką (7) aluminiową lub miedzianą usytuowany w osi obrotu wirnika silnika wiatrowego i zamocowany na poziomych ramionach osadczych (4) skrzydeł napędowych (5) oraz zawiera co najmniej jeden induktor (8) prądnicy usytuowany bezpośrednio nad pierścieniem ferromagnetycznym, osadzonynawsporniku (9) przytwierdzonym nieruchomo do półosi (2) na wierzchołku masztu (1) elektrowni.

Description

Przedmiotem wynalazku jest elektrownia z wirnikiem silnika wiatrowego o pionowej osi obrotu przeznaczona głównie do współpracy z siecią elektroenergetyczną.

Znane elektrownie wiatrowe wyposażone w silnik wiatrowy o pionowej osi obrotu posiadają przekładnię zwiększającą obroty oraz prądnicę asynchroniczną wirującą, współpracującą z siecią elektroenergetyczną. Znane są również elektrownie wiatrowe, w których do wytwarzania energii elektrycznej zastosowano wirujące prądnice synchroniczne, lub prądnice prądu stałego, połączone przekładnią mechaniczną z wirnikiem silnika wiatrowego. Elektrownie te wykazują szereg wad i niedogodności, usunięcie lub ograniczenie których napotyka na znaczne przekszkody techniczne. Przekładnie mechaniczne stanowiące ważny i niezbędny ze względu na stosowanie prądnic wirujących podzespół są źródłem uciążliwych drgań mechanicznych. Są to zwykle przekładnie wielostopniowe, a więc często zawodne w działaniu, przez co zmniejszą one ogólną sprawność energetyczną całych urządzeń. Wszystkie znane elektrownie wiatrowe charakteryzują się stosunkowo dużym zużyciem materiałów i są drogie w budowie i eksploatacji.

Celem wynalazku jest opracowanie takiej elektrowni wiatrowej, w której zbędna staje się przekładnia mechaniczna przenosząca napęd z silnika wiatrowego na prądnicę elektryczną. Okazało się, że postawiony cel można zrealizować w relatywnie prosty sposób dokonując takiego zaprojektowania odpowiednich części wirnika silnika wiatrowego i elementów współpracujących, ażeby utworzyły one razem efektywnie działającą elektryczną prądnicę asynchroniczną liniową, nie wymagającą przekładni mechanicznej.

Istota wynalazku polega na tym, że elektrownia wiatrowa z wirnikiem silnika wiatrowego o pionowej osi obrotu posiada pierścień ferromagnetyczny z nakładką aluminiową, Iub miedzianą, usytuowany w osi obrotu wirnika i zamocowany na poziomych ramionach osadczych skrzydeł wirnika oraz zawiera co najmniej jeden uzwojony induktor prądnicy usytuowany bezpośrednio nad pierścieniem ferromagnetycznym, osadzony na wsporniku przytwierdzonym nieruchomo do półosi na wierzchołku masztu. Induktor przymocowany jest do wspornika przesuwnie wzdłuż jego długości. Stosunek średnicy wirnika silnika wiatrowego do średnicy zewnętrznej pierścienia ferromagnetycznego za174 752 warty jest w granicach 2 * 7. Do wspornika przymocowany jest również zespół hamulca ciernego współpracujący z pierścieniem ferromagnetycznym.

Elektrownia wiatrowa według wynalazku wykazuje szereg korzystnych skutków technicznych, z których najważniejszym jest wyeliminowanie potrzeby stosowania przekładni mechanicznej, nieodzownej w dotychczasowych konstrukcjach posługujących się prądnicami wirującymi dla przetwarzania energii mechanicznej silnika wiatrowego na energię elektryczną. Daje to możliwość istotnego odchudzania całego urządzenia, bowiem masa przekładni mechanicznych w znanych budowanych elektrowniach wiatrowych stanowi około 30% ogólnej masy zespołu wiatrowo-elektrycznego. Utworzenie prądnicy asynchronicznej liniowej bezpośrednio na elementach silnika wiatrowego ogromnie upraszcza całą konstrukcję i ułatwia obsługę. Przesuwne zamocowanie induktora na wsporniku umożliwia optymalne wykorzystanie energii wiatru przy jego różnych prędkościach poprzez zmianę położenia induktora na większy lub mniejszy promień. Znaczne uproszczenie konstrukcji elektrowni zwiększa jej niezawodność działania i zmniejsza poziom drgań mechanicznych. Zainstalowanie na wsporniku zespołu hamulca ciernego współpracującego z pierścieniem ferromagnetycznym umożliwia przyhamowanie w razie potrzeby lub całkowite zatrzymanie wirnika, np. na okres remontów.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku schematycznym w widoku bocznym.

Na kratownicowym maszcie 1 zakończonym na wierzchołku pionową półosią 2 wykonaną z rury stalowej zamocowana jest obrotowo głowica 3, do której przytwierdzone są przykładowo dwa ramiona osadcze 4 pionowych skrzydeł napędowych 5 osadzonych na końcach ramion. Skrzydła napędowe mają typowy symetryczny profil aerodynamiczny. Głowica 3, ramiona osadcze 4, oraz skrzydła napędowe 5 stanowią wirnik silnika wiatrowego o pionowej osi obrotu, o średnicy D.

Na ramionach osadczych 4 zamocowany jest od góry biegnący dookoła głowicy 3 pierścień ferromagnetyczny 6 z nakładką aluminiową 7 o promieniu zewnętrznym r_x. Zamiast nakładki aluminiowej może być stosowana nakładka miedziana. Bezpośrednio ponad nakładką pierścienia ferromagnetycznego usytuowany jest induktor 8 prądnicy asynchronicznej liniowej mający postać uzwojonej płytki, stanowiącej część pierwotną prądnicy wytwarzającej pole magnetyczne biegnące. Induktor ten osadzony jest na wsporniku 9 przytwierdzonym nieruchomo do półosi 2. Induktor przymocowany jest do wspornika przesuwnie wzdłuż jego długości po promieniu r_x, tak by w zależności od prędkości wiatru mógł znajdować się bliżej lub dalej od osi obrotu wirnika.

Dla uzyskania prawidłowej i efektywnej pracy elektrowni stosunek średnicy D wirnika silnika wiatrowego do średnicy zewnętrznej 2r_x nakładki 7 pierścienia ferromagnetycznego 6 winien mieścić się w granicach 2 * 7. Podany przedział stosunku średnic wynika z optymalnej koordynacji charakterystyk mechanicznych silnika wiatrowego i prądnicy dla minimalnej użytecznej prędkości wiatru wynoszącej 3 m/s i znamionowej obliczonej prędkości wiatru wynoszącej 8 m/s.

Na wsporniku 9 zamocowany jest również zespół hamulca ciernego 10 współpracujący z pierścieniem ferromagnetycznym po wewnętrznej stronie w stosunku do aluminiowej nakładki 7.

Elektrownia według wynalazku przeznaczona jest do współpracy z siecią elektroenergetyczną. Załączenie jej do pracy równoległej z siecią następuje po osiągnięciu przez wirnik silnika wiatrowego takiej prędkości kątowej, przy której prędkość liniowa pierścienia ferromagnetycznego 6 jest większa od prędkości poruszania się strumienia magnetycznego wytwarzanego przez induktor 8 prądnicy. Wzrost prędkości wiatru powoduje wzrost mocy oddawanej do sieci elektroenergetycznej; a zmieniając położenie induktora na nakładce pierścienia ferromagnetycznego wzdłuż promienia r_x uzyskuje się optymalizację wykorzystania energii wiatru.

174 752

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 2,00 zł

Claims (4)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Elektrownia wiatrowa z wirnikiem silnika wiatrowego o pionowej osi obrotu, znamienna tym, że posiada pierścień ferromagnetyczny (6) z nakładką (7) aluminiową lub miedzianą usytuowany w osi obrotu wirnika silnika wiatrowego i zamocowany na poziomych ramionach osadczych (4) skrzydeł napędowych (5) oraz zawiera co najmniej jeden induktor (8) prądnicy usytuowany bezpośrednio nad pierścieniem ferromagnetycznym, osadzony na wsporniku (9) przytwierdzonym nieruchomo do półosi (2) na wierzchołku masztu (1) elektrowni.
2. 2. Elektrownia wiatrowa według zastrz. 1, znamienna tym, że stosunek średnicy (D) wirnika silnika wiatrowego do średnicy zewnętrznej (2r_x) pierścienia ferromagnetycznego (6) zawarty jest w granicach 2 do 7.
3. 3. Elektrownia według zastrz. 2, znamienna tym, że induktor (8) prądnicy zamocowany jest na wsporniku (9) przesuwnie wzdłuż jego długości.
4. 4. Elektrownia według zastrz. 3, znamienna tym, że do wspornika (9) przymocowany jest zespół hamulca ciernego (10) współpracujący z pierścieniem ferromagnetycznym (6).