PL222405B1 - Hamulec turbiny wiatrowej o pionowej osi obrotu - Google Patents

Abstract

Hamulec ma wirnik z zasadniczo pionowymi łopatami, które zamocowane są do końców poziomych ramion utwierdzonych do wału turbiny w rozstawieniu równych kątów środkowych. Ramiona są sztywno połączone poziomą, pierścieniową bieżnią (4), współosiową z wałem wirnika i łączącą ramiona w strefach około połowy ich długości. Bieżnia (4) jest podparta na co najmniej trzech rolkach (5) rozstawionych według równego kąta środkowego. Rolki (5) zamocowane są za pośrednictwem mechanizmów podnoszenia (9) na podporach (6) wirnika, na których osadzone są nakładki hamulcowe (8) skierowane w stronę tocznej powierzchni pierścieniowej bieżni (4).

Description

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 222405 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 403693 ^{(51) Int.Cl.}

F03D 3/00 (2006.01) F03D 11/04 (2006.01) F16D 49/00 (2006.01) (22) Data zgłoszenia: 26.04.2013 (54)

Hamulec turbiny wiatrowej o pionowej osi obrotu

	(73) Uprawniony z patentu:
(43) Zgłoszenie ogłoszono:	ANEW INSTITUTE SPÓŁKA Z OGRANICZONĄ ODPOWIEDZIALNOŚCIĄ, Kraków, PL
27.10.2014 BUP 22/14	(72) Twórca(y) wynalazku:
	ANATOLIY NAUMENKO, Kraków, PL
(45) O udzieleniu patentu ogłoszono:
29.07.2016 WUP 07/16	(74) Pełnomocnik:
	rzecz. pat. Wojciech Tabor

PL 222 405 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest hamulec turbiny wiatrowej o pionowej osi obrotu, zwłaszcza dużej mocy, zapewniający bezpieczne hamowanie wirnika w każdych warunkach, a w szczególności w warunkach awaryjnych oraz w celu unieruchomienia wirnika.

Turbiny wiatrowe o pionowej osi obrotu i dużej mocy cechują się dużymi momentami bezwładności ruchu obrotowego, co wynika głównie z usytuowania dużych mas płatów w znacznych odległościach od osi obrotu. Bezpieczeństwo pracy w warunkach tak dużych energii kinetycznych wymusza szczególne rozwiązania w zakresie łożyskowania wirnika, które najczęściej polega na dodatkowym oprócz łożyskowania wału w kolumnie turbiny - tocznym i skierowanym poosiowo podparciu wirnika rolkami usytuowanymi na większej średnicy. Znanych jest wiele takich rozwiązań, przykładowo przedstawionych w opisach patentowych US 4168439, US 20110176919 oraz w polskim opisie wynalazku P-390976. Wirnik w tych rozwiązaniach wyposażony jest w co najmniej dwie, zasadniczo pionowo ukierunkowane łopaty, rozstawione obwodowo w równych kątach środkowych oraz sztywno połączone dolnymi końcami albo w strefach ich środków ciężkości do wału turbiny przez poziome ramiona. Łopaty albo ramiona są sztywno połączone pierścieniową bieżnią współosiową z wałem wirnika, przy czym bieżnia ta jest podparta na co najmniej trzech rolkach rozstawionych według równego kąta śro dkowego. W rozwiązaniu P-390976 łopaty mają odchylone promieniowo na zewnątrz i pod kątem od osi obrotu wirnika skrzydło górne i dolne, które są połączone z wałem przez ramiona przytwierdzone w środku ciężkości płata. Ramiona połączone są pierścieniową bieżnią o poziomej powierzchni tocznej i średnicy w zakresie od 0,1 do 0,9 średnicy zamocowania płatów. Z bieżnią współpracują tocznie co najmniej trzy zespoły rolkowe, zamocowane na konstrukcji wsporczej zakotwionej do podłoża przez co najmniej trzy słupy wieżowe.

W konstrukcjach turbin wiatrowych dużej mocy skutecznymi są hamulce tarczowe, co przykładowo przedstawiają rozwiązania według opisów patentowych PL168561, US 20110299975 i KR 20120097131. W tych rozwiązaniach szczęki hamulcowe dociskane są nakładkami do poziomych powierzchni tarczy lub pionowych powierzchni pierścienia.

Hamulec turbiny wiatrowej według wynalazku, przystosowany jest do turbiny mającej wirnik z zasadniczo pionowymi łopatami, zamocowanymi do końców poziomych ramion sprężyście odkształcalnych w kierunku pionowym i utwierdzonych do wału w rozstawieniu równych kątów środkowych. Ramiona są sztywno połączone poziomą, pierścieniową bieżnią współosiową z wałem wirnika i łączącą ramiona w strefach położonych na około połowie ich długości. Bieżnia jest podparta na co najmniej trzech rolkach łożyskowanych na podporach sztywno połączonych z wieżą turbiny w rozstawieniu według równego kąta środkowego. Istota wynalazku polega na tym, że hamulec w takiej turbinie stanowią zamocowane do podpór: mechanizmy podnoszenia rolek oraz nakładki hamulcowe, skierowane powierzchnią tarcia w stronę tocznej powierzchni bieżni.

W rozwiązaniu takim odkształcalne sprężyście ramiona wirnika mają parametry tak dobrane, że - w warunkach maksymalnych obrotów wirnika i rolek opuszczonych w położenie bezstykowe z bieżnią - rozkładowi naprężeń zginających w ramionach odpowiadają siły nacisku pierścieniowej bieżni na nakładki hamulcowe o wartości stanowiącej, że sumaryczny moment tarcia jest większy od momentu parcia wiatru na łopaty wirnika. Hamowanie wirnika następuje w wyniku jednostronnego nacisku pierścieniowej bieżni na nakładki hamulcowe, nacisku zależnego od sztywności wirnika i siły składowej z wypadkowej sił od ciężaru wirnika, siły odśrodkowej i składowych sił parcia wiatru.

Hamulec według wynalazku wyjaśniony jest opisem przykładowego wykonania pokazanego w ujęciu schematycznym na rysunku. Figura 1 rysunku przedstawia widok z boku turbiny z zabudowanym hamulcem, Fig. 2 - widok z góry, a na Fig. 3 i Fig. 4 pokazany jest hamulec w przekrojach poprzecznych - kolejno według oznaczonych na Fig. 2 linii A-A i B-B, dla sytuacji napędu i hamowania wirnika.

Turbina pokazana na rysunku ma trzy łopaty 1, rozstawione według kąta środkowego 120° oraz których kształt utworzony jest z dwóch skrzydeł odchylonych promieniowo na zewnątrz pod kątem w górę i w dół. Płaty 1 w środku między skrzydłami i w płaszczyźnie poziomej przechodzącej przez ich środki ciężkości połączone są poziomymi ramionami 2 - o profilu obustronnie wypukłym - z wałem 3 turbiny. Około połowy swej długości ramiona 2 są sztywno połączone poziomą, pierścieniową bieżnią 4, współosiową z wałem 2 wirnika. Bieżnia 4 podparta jest na czterech rolkach 5, zamocowanych za pośrednictwem mechanizmów podnoszenia 9 na podporach 6 mających postać wsporników sztywno połączonych z wieżą 7 turbiny. Mechanizmy podnoszenia 9 w tym wykonaniu mają układ kinematyczPL 222 405 B1 ny wahaczy napędzanych tłokowym siłownikiem hydraulicznym zabudowanym wewnątrz (Fig. 3) albo pod podporą 6 (Fig. 4). Rolki 5 zabudowane są wewnątrz podpór 6, które mają kształt ceowników skierowanych ramionami do góry. Na górnych krawędziach ramion każdej z podpór 6 zamocowane są nakładki hamulcowe 8. Mechanizm podnoszenia 9 wysuwa rolki 5 w położenie górne ponad powierzchnie robocze nakładek hamulcowych 8 - co umożliwia toczną współpracę rolek 5 z pierścieniową bieżnią 4 według Fig. 3 rysunku. W położeniu dolnym rolki 5 zostają opuszczone poniżej powierzchni nakładek hamulcowych 8 (Fig. 4) a w wyniku sprężystego odkształcenia ramion 2 następuje obniżenie bieżni 4 i jej nacisk na nakładki hamulcowe 8. Konstrukcja ramion 2 wirnika jest sprężyście odkształcalną w kierunku pionowym. Sztywność ramion 2 jest tak dobrana, że - w warunkach maksymalnych obrotów wirnika n_max przy rolkach 5 opuszczonych w położenie dolne - rozkładowi naprężeń zginających w ramionach 2 odpowiadają siły nacisku N pierścieniowej bieżni 4 na nakładki hamulcowe 8 o wartości stanowiącej, że sumaryczny moment tarcia M_t jest większy od momentu parcia M_p wiatru na łopaty 1 wirnika.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Hamulec turbiny wiatrowej o pionowej osi obrotu, turbiny której wirnik ma zasadniczo pionowe łopaty zamocowane do końców poziomych ramion, sprężyście odkształcalnych w kierunku pionowym i utwierdzonych do wału turbiny w rozstawieniu równych kątów środkowych, ponad to które są sztywno połączone poziomą, pierścieniową bieżnią współosiową z wałem wirnika i łączącą ramiona w strefach około połowy ich długości, przy czym bieżnia ta jest podparta na co najmniej trzech rolkach, łożysk owanych na podporach sztywno połączonych z wieżą turbiny w rozstawieniu równego kąta środkowego, znamienny tym, że hamulec stanowią zamocowane do podpór (6): mechanizmy podnoszenia (9) rolek (5) oraz nakładki hamulcowe (8) skierowane powierzchnią tarcia w stronę tocznej powierzchni bieżni (4).