PL202193B1 - Piasta łopatek wirnika - Google Patents

Abstract

Przedmiotem wynalazku jest piasta lopatek wirnika (10, 12, 14) dla si lowni wiatrowej. Taka piasta stanowi po lacze- nie mechaniczne pomi edzy (poziomym) wa lem wirnika (osi a wirnika) i lopatkami wirnika. Wynika st ad, ze ca lkowite si ly wyst epuj ace na lopatkach wirnika, o ile nie s a to si ly w samych lopatkach wirnika, wyst epuj a równie z na pia scie. S a to obok (po zadanych) si l obrotowych, mi edzy innymi równie z si ly od srodkowe i powstaj ace z oddzia lywania wiatru na lopatki wirnika si ly, obci azenia i momenty. Piasta lopatek wirnika (10, 12, 14) dla wirnika z co najmniej jedn a lopatk a, zbudowana z rdzenia piasty i co najmniej jednej lub kilku cz esci zewn etrznych piasty dla przyj ecia lopatki wirni- ka, w której rdze n piasty (10) jak równie z zewn etrzna cz esc piasty (12) ma ko lnierz, który ma owalny kszta lt i za pomo- c a którego zewn etrzna cz esc piasty (12) i rdze n piasty (10) s a ze sob a polaczone, przy czym ka zda zewn etrzna cz esc piasty (12) dalej zawiera ko lowe przy lacze lopatki wirnika, dla po laczenia z lopatk a wirnika za pomoc a elementów mocuj acych, przy czym ka zda lopatka wirnika mo ze zosta c zamocowana do zewn etrznej czesci piasty (12) za pomoc a elementów mocuj acych. PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest piasta łopatek wirnika dla siłowni wiatrowej.

Taka piasta stanowi połączenie pomiędzy (poziomym) wałem wirnika (osią wirnika) i łopatkami wirnika. W wyniku tego, całkowite siły występujące na łopatkach wirnika, o ile nie są to siły w samych łopatkach wirnika, występują również na piaście. Są to obok (pożądanych) sił obrotowych, między innymi również siły odśrodkowe i powstające z oddziaływania wiatru na łopatki wirnika siły, obciążenia i momenty.

Piasta wirnika jest, dlatego jedną z najbardziej narażonych części siłowni wiatrowej i jako połączenie pomiędzy łopatkami wirnika i resztą instalacji jest elementem, którego wytrzymałość musi być gwarantowana, ponieważ żadna łopatka wirnika nie może się oderwać z urządzenia.

Dlatego piasty łopatek wirników w stanie techniki w większości przypadków są wykonywane w cał o ś ci z odlewu, zwłaszcza jako element z ż eliwa z grafitem sferoidalnym.

Taka jednoczęściowa piasta łopatek wirnika znana jest opisu patentu US 5 173 023.

Zadaniem wynalazku jest, dlatego, zaproponowanie piasty łopatek wirnika, która przy wymaganych wymiarach, spełnia wszystkie wymagania dla bezpiecznej pracy siłowni wiatrowej i pozwala na bezpieczny i możliwie najmniej kosztowny transport na miejsce budowy siłowni wiatrowej.

Instalacje, które mają być wzniesione w najbliższej przyszłością osiągają takie wymiary, że wymagany techniczny proces jednoczęściowego wytwarzania piasty łopatek wirnika prawie już nie jest do możliwy do sterowania i zauważalnie wzrasta niebezpieczeństwo miejsc osłabienia, przykładowo w postaci jam skurczowych. Przez to nie jest już możliwe niezawodne wytwarzanie bezusterkowych piast łopatek wirnika.

Dalej, transportu dużych piast łopatek wirnika o odpowiednich wymiarach na lądzie dokonać można tylko przy dużych (nieproporcjonalnie) nakładach i wymaga on nadzwyczajnych, szeroko zakrojonych przygotowań logistycznych i organizacyjnych.

Dlatego zadaniem wynalazku jest również zaproponowanie piasty, której części mogą być tak zwymiarowane, że jest możliwy do przeprowadzenia transport również lądem, za pomocą standardowych środków transportu.

Zadanie to zostało rozwiązane zgodnie z wynalazkiem za pomocą piasty łopatek wirnika dla wirnika, z co najmniej jedną łopatką, zbudowanej z rdzenia piasty i co najmniej jednej lub kilku części zewnętrznych piasty dla przyjęcia łopatki wirnika, znamiennej tym, że rdzeń piasty jak również zewnętrzna część piasty ma kołnierz, który ma owalny kształt i za pomocą którego zewnętrzna część piasty i rdzeń piasty są ze sobą połączone, przy czym każda zewnętrzna część piasty dalej zawiera kołowe przyłącze łopatki wirnika, dla połączenia z łopatką wirnika za pomocą elementów mocujących i przy czym każda łopatka wirnika jest mocowana do zewnę trznej części piasty za pomocą elementów mocujących.

Korzystnie, ilość oddzielnych części piasty łopatek wirnika jest, co najmniej o jeden większa od ilości łopatek wirnika, które mogą być przez piastę przyjęte.

Korzystnie także rdzeń piasty i część zewnętrzna piasty są ze sobą połączone trwale i/lub nierozłącznie.

Zalet wynalazku należy upatrywać w tym, że poszczególne części piasty mają wielkość, dla której można niezawodnie kontrolować znane procesy techniczne. Z drugiej strony, podział piasty łopatek wirnika na oddzielne części jest możliwy w ten sposób, że można lepiej uwzględnić niż przy dotychczas znanej konfiguracji piasty łopatek wirnika jako elementu odlewanego rodzaj obciążenia oddzielnych części. Szczególnie korzystnie wytwarza się podział piasty łopatek wirnika na tak zwany rdzeń piasty i pewną liczbę części zewnętrznych piasty odpowiednio do liczby łopatek wirnika. Dzięki temu, każda łopatka może być przymocowana nasadą do zewnętrznej części piasty, przy czym części zewnętrzne piasty, znowu, są umieszczone na rdzeniu piasty, tak że obciążenie pojedynczych połączeń można jasno określić.

Rdzeń piasty jak również zewnętrzna część piasty mają kołnierz, który ma owalny kształt. Owalny kształt kołnierza rdzenia piasty z jednej strony nadaje rdzeniowi piasty wysoką stabilność, z drugiej zaś dł ugość rdzenia (w odniesieniu do jego osi podł u ż nej) staje się stosunkowo mał a, co ma również ten skutek, że moment zginający na czopie osiowym ograniczony zostaje do możliwej do zaakceptowania wielkości, a przez to również i ograniczona może być wielkość maszynowni. Długość rdzenia z kołnierzem owalnym według wynalazku w porównaniu z rdzeniem o kołnierzu okrągłym jest

PL 202 193 B1 o 15% do 25% mniejsza, co równocześ nie pocią ga za sobą skrócenie dź wigni, a to zmniejsza znacznie całkowite obciążenie maszynowni siłowni wiatrowej.

Zarówno na rdzeniu piasty jak i na częściach zewnętrznych piasty przewidziane są środki mocujące, które pozwalają na trwałe połączenie pomiędzy częściami zewnętrznymi piasty i rdzeniem piasty.

To trwałe połączenie można utworzyć za pomocą połączenia śrubowego lub nitowego. Możliwe jest również połączenie nierozłączne, na przykład przez spawanie, klejenie, montaż odpowiednio wyprofilowanych i dopasowanych do siebie części (rdzenia i części zewnętrznych) lub kombinacja wymienionych sposobów połączeń rdzenia piasty z częścią zewnętrzną piasty, przy czym należy zwracać uwagę, aby zawsze zapewnić wystarczająco wytrzymałe połączenie rdzenia piasty z częścią zewnętrzną piasty.

Wynalazek w przykładzie wykonania został przedstawiony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia widok z przodu rdzenia piasty i, przedstawionych jako oddzielone od niego, części zewnętrznych piasty; fig. 2 - widok z boku rdzenia piasty; fig. 3 - widok z boku części zewnętrznej piasty i fig. 4 widok z boku piasty.

Fig. 1 przedstawia rdzeń piasty 10 (w widoku z przodu, w zasadzie trójkątny) z tuleją 14 na przyjęcie czopa osiowego (nieprzestawionego). Za pomocą tej tulei piasta łopatek wirnika osadzana jest na osi wirnika, na przykład czopie osiowym. W niewielkim odstępie od rdzenia piasty 10 przedstawione zostały trzy części zewnętrzne piasty 12, które są mocowane (i zostały zamocowane) trwale do rdzenia piasty 10 w pokazanym rozmieszczeniu, i do których znowu są zamocowane łopatki wirnika (niepokazane).

Zgodnie z korzystną postacią wykonania wynalazku, na fig. 1 przedstawiona jest piasta łopatek wirnika dla przyjęcia trzech łopatek wirnika. Odpowiednio do tego, piasta łopatek wirnika ma trzy części zewnętrzne piasty 12, każda do przyłączenia jednej łopatki, jak również rdzeń piasty 10 jako czwartą, oddzielną część piasty łopatek wirnika. Tak więc, piasta łopatek wirnika zbudowana jest z takiej liczby oddzielnych części, która jest o jeden większa od liczby (nieprzedstawionych) łopatek wirnika.

Dla osiągnięcia wystarczającej wytrzymałości materiału, oddzielne części, korzystnie, wytwarzane są w procesie odlewania i wykonane są z żeliwa o właściwym składzie. Przy tym oddzielne części mają wielkości, dla których można bezpiecznie i właściwie sterować procesem ich wytwarzania. W ten sposób można zapewnić to, że w wyniku zastosowanych bezusterkowych oddzielnych części, również wykonane z nich piasty łopatek wirnika spełniają pewnie wysokie wymagania.

Na fig. 2 widoczny jest widok z boku rdzenia piasty 10. Widok jest przy tym skierowany na owalny kołnierz mocujący (element oporowy) z otworami pod śruby 16 do mocowania części zewnętrznej piasty 12 do rdzenia 10. Te otwory pod śruby 16 są rozmieszczone na kołnierzu, a ich ilość jest taka, że można wykonać bezpieczne połączenie pomiędzy częścią zewnętrzną piasty 12 i rdzeniem piasty 10. Dalej, na fig. 2 przedstawiona jest, widoczna w rdzeniu pasty 10, tuleja osi wirnika 14 (do zamocowania na czopie osiowym).

Fig. 3 przedstawia widok części zewnętrznej piasty 12 w widoku z tego boku, który po montażu piasty łopatek wirnika 10, 12, 14 przylega do rdzenia piasty 10. Również na tej części zewnętrznej piasty 12 przewidziany jest owalny kołnierz mocujący z otworami 16. Przy tym, ilość i położenie otworów pod śruby 16 odpowiada tym dla rdzenia piasty 10, tak, że leżą one przy montażu dokładnie naprzeciwko siebie.

Dalej, na fig. 3 zaznaczone jest kołowe przyłącze łopatki wirnika 20 części zewnętrznej piasty 12. Dla utrzymania przejrzystości rysunku, zrezygnowano z pokazania środków mocujących.

W celu montażu piasty łopatek wirnika, do rdzenia piasty 10 zostają przyłożone części zewnętrzne piasty 12 i jak tylko część zewnętrzna piasty 12 osiągnie prawidłowe położenie względem rdzenia piasty 10, oddzielne części 10, 12 są trwale ze sobą łączone, v przykładowo są ze sobą skręcone. Przy tym jednak możliwe są wszystkie znane techniczne sposoby łączenia, przy czym należy wziąć pod uwagę również nierozłączne technologie połączenia, na przykład spawanie, klejenie.

Fig. 4 przedstawia w wyrwaniu siłownię wiatrową z piastą łopatek wirnika 28 przyjmującą trzy łopatki, zbudowaną z rdzenia piasty 10 i części zewnętrznych piasty 22. Piasta łopatek wirnika 28 zamocowana jest bezpośrednio na wirniku 26 generatora, a wirnik obraca się wewnątrz stojana 24 generatora. Tak piasta jak i wirnik są ułożyskowane obrotowo na czopie osiowym.

Przy siłowni wiatrowej chodzi, korzystnie, o siłownię wiatrową o bardzo dużej mocy, korzystnie większej niż trzy MW. Zmontowana piasta łopatek wirnika ma średnicę większą niż 2,50 m (w widoku takim jak na fig. 1).

Claims (3)

1. Piasta łopatek wirnika dla wirnika z co najmniej jedną łopatką, zbudowana z rdzenia piasty i co najmniej jednej lub kilku części zewnę trznych piasty dla przyjęcia łopatki wirnika, znamienna tym, że rdzeń piasty (10) jak również zewnętrzna część piasty (12) ma kołnierz, który ma owalny kształt i za pomocą którego zewnętrzna część piasty (12) i rdzeń piasty (10) są ze sobą połączone, przy czym każda zewnętrzna część piasty (12) dalej zawiera kołowe przyłącze łopatki wirnika (20), dla połączenia z łopatką wirnika za pomocą elementów mocujących i przy czym każda łopatka wirnika (20) jest mocowana do zewnętrznej części piasty (12) za pomocą elementów mocujących.

2. Piasta łopatek wirnika według zastrz. 1, znamienna tym, że ilość oddzielnych części piasty łopatek wirnika (10, 12, 14) jest co najmniej o jeden większa od ilości łopatek wirnika, które mogą być przez piastę przyjęte.

3. Piasta łopatek wirnika według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że rdzeń piasty (10) i część zewnętrzna piasty (12) są ze sobą połączone trwale i/lub nierozłącznie.