PL201031B1 - Łopatka wirnika turbiny wiatrowej oraz odgromnik - Google Patents

Abstract

1. Lopatka wirnika turbiny wiatrowej, która w swojej ko ncówce jest wyposa zona w od- gromnik i kana l odp lywowy, które lacz a wn etrze lopatki z zewn etrzem lopatki, znamienna tym, ze kana l odp lywowy (6, 16, 26, 36, 46, 56) i odgromnik (2) maj a wspóln a powierzchni e rozdzia lu usytuowan a wzd luz kana lu odp lywo- wego w kierunku od wn etrza lopatki do zewn e- trza lopatki. 5. Odgromnik do umieszczenia w ko ncówce lopatki wirnika turbiny wiatrowej, znamienny tym, ze odgromnik (2) jest wyposa zony w kana l odp lywowy (6, 36, 46, 56). PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Wynalazek odnosi się do łopatki wirnika turbiny wiatrowej, której końcówka jest wyposażona w odgromnik i odpł yw, łączą cy część zewnę trzną ł opatki z jej wnę trzem. Ponadto, wynalazek odnosi się do odgromnika.

Znane jest wyposażanie łopatek wirnika turbiny wiatrowej w układy ochrony odgromowej, w celu ochrony ich przed uderzeniami piorunów. Dla przykładu WO 96/07825 opisuje układ ochrony odgromowej, w którym końcówka łopatki jest wyposażona w tak zwany odgromnik z materiału będącego przewodnikiem elektrycznym. Odgromnik ten może przechwytywać uderzenie piorunu i przewodzić prąd przez przewód piorunochronu, biegnący w kierunku wzdłużnym łopatki i uziemiony przez piastę turbiny. Okazało się, że układ zapewnia szczególnie dobrą ochronę.

Znane jest również nawiercanie otworu odpływowego w końcówce łopatki turbiny wiatrowej w celu odprowadzania wody, która gromadzi się wewnątrz łopatki turbiny w szczególności w wyniku osadzania.

Doświadczenia pokazały, że piorun może uderzyć w taki otwór odpływowy, gdyż zawiera on wodę. Prąd piorunu ogrzewa wodę, a zatem tworzy eksplozje pary, powodujące tak znaczny wzrost ciśnienia, że łopatka ulega zniszczeniu. Piorun może uderzyć w otwór odpływowy nawet wówczas, gdy łopatka jest wyposażona w odgromnik. W wyniku przewodności elektrycznej wody w otworze odpływu, iskra może przeskoczyć między odgromnikiem a otworem odpływu. Efektywny odpływ wody zgromadzonej we wnętrzu łopatki jest jednak konieczny, ponieważ w przeciwnym przypadku woda gromadzi się w pęknięciach i porach materiału łopatki i stanowi cel dla uderzeń pioruna. Na koniec należy zauważyć, że gromadzenie się wody we wnętrzu łopatki jest niepożądane ze względu na korozję. Duża ilość wody działa jako przemieszczający się balast i zakłóca obroty łopatek.

Celem wynalazku jest dostarczenie nowej i ulepszonej ochrony odgromowej dla łopatek wirnika turbiny wiatrowej.

Według wynalazku, cel jest osiągnięty, kiedy kanał odpływowy i odgromnik mają wspólną powierzchnię rozdziału. W rezultacie, woda zgromadzona we wnętrzu łopatki może być efektywnie odprowadzana na zewnątrz łopatki przy bardzo małym ryzyku spowodowania eksplozji pary, zaś prąd piorunu jest odprowadzany przez odgromnik bez intensywnego ogrzewania wody.

Kanał odpływowy może być otworem wykonanym w ściance łopatki, przy czym przekrój wspomnianego otworu jest większy niż przekrój odgromnika umieszczonego w otworze. Rozwiązanie to jest korzystne pod tym względem, że może być stosowane wraz z tradycyjnymi odgromnikami.

Według wynalazku, kanał odpływowy może być wykonany w postaci jednego lub więcej zagłębień w ściance otworu wykonanego w ściance łopatki, przy czym odgromnik przechodzi przez wspomniany otwór. Jest to szczególnie proste i tanie rozwiązanie.

Według wynalazku, kanał odpływowy może tworzyć część odgromnika, przy czym uzyskuje się szczególnie prosty i niezawodny przykład wykonania, w którym specjalne wykonywanie otworu w ś ciance ł opatki staje się niepotrzebne.

Według korzystnego przykładu wykonania, odgromnik jest cylindrycznym prętem metalowym, zaś kanał odpływowy jest centralnym, wzdłużnym otworem, biegnącym od najbardziej zewnętrznego końca odgromnika i łączącym się z poprzecznymi otworami, biegnącymi od wzdłużnego otworu do powierzchni metalowego pręta, który po zamontowaniu odgromnika jest umieszczony wewnątrz łopatki. Jest to szczególnie niezawodny przykład wykonania, w którym umożliwione jest łatwe odprowadzanie pary, minimalizując ryzyko zwiększenia ciśnienia do poziomu eksplozji. W podobny sposób, kanał odpływowy jest utworzony wyłącznie z materiału odgromnika, dzięki czemu materiał łopatki nie jest poddawany wzrostowi ciśnienia.

Opcjonalnie, odpływ może być wyposażony w jedno lub więcej zagłębień na powierzchni odgromnika, dzięki czemu uzyskiwany jest szczególnie prosty i tani przykład wykonania.

Wynalazek jest poniżej wyjaśniony dokładniej odnośnie przykładów wykonania przedstawionych na rysunkach, na których fig. 1 przedstawia schematycznie część końcówki łopatki wirnika turbiny wiatrowej według pierwszego przykładu wykonania wynalazku, fig. 2 przedstawia przekrój poprzeczny wzdłuż linii II-II na fig. 1, fig. 3 ilustruje drugi przykład wykonania wynalazku, pokazany w ten sam sposób jak przykład wykonania pokazany na fig. 2, fig. 4 przedstawia przekrój wzdłuż linii IV-IV na fig. 2, fig. 5 przedstawia przekrój wzdłuż linii V-V na fig. 3, zaś

PL 201 031 B1 fig. 6-9 przedstawiają opcjonalne przykłady wykonania wynalazku, pokazane w ten sam sposób jak przykłady wykonania pokazane na fig. 4 i 5.

Figura 1 przedstawia schematycznie końcówkę łopatki według pierwszego przykładu wykonania wynalazku, widoczną z boku łopatki. Piorunochron, w postaci miedzianego przewodu 14 jest przykręcony do bloku kotwiczącego 5 przy pomocy końcówek 8. Przy pomocy połączeń gwintowych, trzy odgromniki 2, 3, 4, np. z wolframu, są przymocowane do bloku kotwiczącego 5 wykonanego z materiału będącego przewodnikiem elektrycznym, na przykład stali nierdzewnej, tombaku lub brązu, przy czym wspomniane odgromniki biegną od bloku kotwiczącego 5 do wolnego zakończenia końcówki 1 łopatki, krawędzi natarcia końcówki łopatki i strony podciśnieniowej końcówki łopatki, odpowiednio. W przykładzie wykonania przedstawionym na fig. 1, 2 i 4 przewidziany jest kanał odpływowy 6 w odgromniku 2, rozciągający się od bloku kotwiczącego 5 do wolnego zakończenia łopatki. Strzałki 13 na fig. 1 wskazują, jak woda z wnętrza łopatki może być odprowadzana na zewnątrz łopatki przez kanał odpływowy w odgromniku 2.

Końcówka łopatki aż do miejsca pod blokiem kotwiczącym, gdzie usytuowany jest otwór odpływu w ściance łopatki jest zazwyczaj wypełniana klejem, albo żywicą, albo materiałem do formowania. Wadą tego rozwiązania jest to, że zarówno klej, jak i żywica, jak i materiał do formowania kurczą się przy twardnieniu i tworzą pęknięcia i pory, w których może gromadzić się woda.

Figura 2 ilustruje pierwszy przykład wykonania, w którym kanał odpływowy jest utworzony w postaci wzdłużnego otworu 6 w odgromniku 2, który ma postać pręta wolframowego o przekroju kołowym. Wzdłużny otwór 6, otwiera się w dalszym końcu odgromnika 2 na zewnętrznej powierzchni łopatki i łączy się z wewnętrzną wnęką 11, 12 łopatki przez otwory 7 w odgromniku 2. Wewnętrzne wnęki 11, 12 łopatki po każdej stronie bloku kotwiczącego 5 łączą się jedna z drugą po obu stronach bloku kotwiczącego 5, tak aby umożliwić przepływ wody z wnęki 11 do wnęki 12 i na zewnątrz łopatki przez kanał odpływowy 6.

Końcówka łopatki pokazana na fig. 3 jest drugim przykładem wykonania wynalazku. W tym przykładzie wykonania odgromnik, 2 jest pełnym prętem o przekroju kołowym, umieszczonym w odpływowym otworze 16, mającym nieco większą średnicę niż średnica pręta. W wyniku tego tworzona jest szczelina między ścianką otworu 16 a powierzchnią odgromnika 2, przez którą woda może być usuwana na zewnątrz łopatki. Ten przykład wykonania może być stosowany w połączeniu z tradycyjnymi odgromnikami.

Figury 5-9 przedstawiają przekroje przez ściankę łopatki i odgromnik 2. Figury 4 i 5 przedstawiają przekroje dla przykładów wykonania pokazanych na fig. 2 i 3 odpowiednio.

Figura 6 przedstawia przykład wykonania, w którym kanał odpływowy jest utworzony jak rowek 36 w powierzchni odgromnika 2. W przykładzie wykonania pokazanym na fig. 7, przekrój poprzeczny kanału odpływowego 46 jest utworzony przez fragment kołowego przekroju poprzecznego odgromnika 2.

Figura 8 ilustruje przykład wykonania, w którym kanał odpływowy jest zagłębieniem 26 w ściance kołowego otworu, w którym umieszczony jest odgromnik 2.

Figura 9 przedstawia przykład wykonania, w którym kanał odpływowy jest utworzony z kilku wzdłużnych rowków 56 w powierzchni odgromnika 2.

Pokazane odgromniki 2 są utworzone jako pręty o przekroju kołowym o średnicy około 15 mm. Przykład wykonania pokazany na fig. 2 i 4 jest wyposażony w kanał odpływowy o średnicy około 6 mm. Odgromnik i kanał odpływowy może mieć jednak kształty i wymiary różniące się od pokazanych.

Wynalazek może być używany zarówno w połączeniu z łopatkami z regulacją przeciągnięcia, zawierającymi końcówkę hamującą, która jest obracana względem reszty łopatki oraz w połączeniu z łopatkami z regulacją kąta natarcia.

Claims (7)

1. Łopatka wirnika turbiny wiatrowej, która w swojej końcówce jest wyposażona w odgromnik i kanał odpływowy, które łączą wnętrze łopatki z zewnętrzem łopatki, znamienna tym, że kanał odpływowy (6, 16, 26, 36, 46, 56) i odgromnik (2) mają wspólną powierzchnię rozdziału usytuowaną wzdłuż kanału odpływowego w kierunku od wnętrza łopatki do zewnętrza łopatki.

2. Łopatka wirnika turbiny wiatrowej według zastrz. 1, znamienna tym, że kanał odpływowy (6) jest otworem (16) wykonanym w ściance w końcówce (1) łopatki, przy czym pole przekroju poprzecz4

PL 201 031 B1 nego wspomnianego otworu jest większe niż pole przekroju poprzecznego odgromnika (2), umieszczonego w tym otworze (16).

3. Łopatka wirnika turbiny wiatrowej według zastrz. 1, znamienna tym, że kanał odpływowy jest utworzony z jednego lub więcej zagłębień (26) w ściance otworu wykonanego w ściance w końcówce (1) łopatki, przy czym odgromnik (2) jest umieszczony we wspomnianym otworze.

4. Łopatka wirnika turbiny wiatrowej według zastrz. 1, znamienna tym, że kanał odpływowy (6, 36, 46, 56) jest usytuowany w odgromniku (2).

5. Odgromnik do umieszczenia w końcówce łopatki wirnika turbiny wiatrowej, znamienny tym, że odgromnik (2) jest wyposażony w kanał odpływowy (6, 36, 46, 56).

6. Odgromnik według zastrz. 5, znamienny tym, że jest to cylindryczny pręt metalowy, zaś kanał odpływowy jest centralnym, wzdłużnym otworem (6), biegnącym od zewnętrznego końca odgromnika (2) i łączący się z poprzecznymi otworami (7), biegnącymi od wzdłużnego otworu (6) do powierzchni metalowego pręta, przy czym wspomniana powierzchnia znajduje się wewnątrz łopatki po zamontowaniu odgromnika (2).

7. Odgromnik według zastrz. 5, znamienny tym, że kanał odpływowy jest utworzony, jako jedno lub więcej zagłębień (36, 46, 56) w powierzchni odgromnika (2).