PL227446B1 - Układ przeniesienia napędu w wieloturbinowej siłowni wiatrowej - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ przeniesienia napędu w wieloturbinowej siłowni wiatrowej złożonej z szeregu turbin Savoniusa połączonych wspólnym wałem napędowym z generatorem energii elektrycznej lub innym urządzeniem mechanicznym.

Z opisu patentowego US2009224552 znana jest siłownia wiatrowa złożona z wielu turbin o pionowej osi obrotu połączonych mechanicznie za pomocą systemu przesyłowego z generatorem do wytwarzania energii elektrycznej. W jednym z przykładów wykonania turbiny napędzają poziomy wał systemu przesyłowego za pomocą przekładni zębatych kątowych o stałym przełożeniu. W innym przykładzie zastosowano przekładnię pasową.

Z publikacji WO2012127196 znana jest siłownia wiatrowa złożona z wielu turbin Savoniusa przekazujących moment obrotowy na poziomy wał napędowy za pośrednictwem przekładni zębatych wyposażonych w sprzęgło jednokierunkowe łączące wał członu napędzającego turbiny z członem napędzanym. W rozwiązaniu tym przeniesienie energii mechanicznej turbiny na człon napędzany następuje tylko wtedy, gdy wał członu napędzającego obraca się szybciej. Tym samym wolniej obracająca się turbina nie spowalnia pozostałych. W innym przykładzie do przeniesienia napędu zastosowano sprzęgła hydrauliczne.

Systemy przesyłowe tego typu turbin mogą być wykonane z wałów sztywnych lub giętkich, których odcinki mogą być łączone ze sobą za pomocą sprzęgieł, przegubów uniwersalnych, oraz innych mechanizmów i podpór o odpowiedniej sztywności. Poziome usytuowania wału głównego upraszcza konstrukcje podpór, zapewnia łatwy dostęp do poszczególnych segmentów mechanicznych i ułatwia konserwację turbin.

Niedogodnością tego typu układów turbin jest duża ilość elementów ruchomych, zakłócenia w pracy układu powodowane zmienną prędkością obrotową wirników turbin oraz drganiami przenoszonymi na przekładnie i wspólny wał napędowy. Ponadto utrudniona jest wymiana mechanizmów w łańcuchu kinematycznym systemu przesyłowego lub rozbudowa siłowni.

Celem wynalazku jest wyeliminowanie tych wad.

Układ przeniesienia napędu w wieloturbinowej siłowni wiatrowej, złożony z przegubowego wału napędowego i połączonych z nim turbin Savoniusa o pionowej osi obrotu za pośrednictwem mechanizmów zawierających przekładnie kątowe z zębatymi kołami stożkowymi, według wynalazku charakteryzuje się tym, że segmenty przegubowego wału napędowego są połączone ze sobą za pośrednictwem dwóch przegubów uniwersalnych połączonych półosią poziomą przekładni kątowej umieszczonej między tymi przegubami, przy czym pierwsze koło stożkowe przekładni jest osadzone na dolnej półosi pionowej połączonej z pionowym wałem turbiny za pośrednictwem trzeciego przegubu uniwersalnego i połączonego z nim sprzęgła jednokierunkowego, a drugie koło stożkowe jest osadzone na półosi poziomej, przy czym pionowy wał każdej turbiny jest ułożyskowany obrotowo w co najmniej dwóch piastach zamocowanych do stałej konstrukcji nośnej powyżej sprzęgła jednokierunkowego.

W korzystnym wykonaniu układu, sprzęgło jednokierunkowe jest połączone z trzecim przegubem uniwersalnym za pośrednictwem górnej półosi pionowej. Ponadto stała konstrukcja nośna ma konstrukcję ramową z dwiema poziomymi podłużnicami, górną i dolną, do których są przytwierdzone piasty.

Rozwiązanie według wynalazku umożliwia łatwą rozbudowę siłowni poprzez dołączenie kolejnych segmentów wału napędowego i turbin, bez konieczności zachowania równych odstępów między turbinami. Modułowa konstrukcja układu zapewnia łatwy montaż i wymianę części. Zastosowanie wału giętkiego zawieszonego na przegubach uniwersalnych pozwala na niewielkie odchylenia boczne bez przerywania transmisji ruchu obrotowego. Mechanizm ze sprzęgłem jednokierunkowym zamontowanym powyżej przekładni pozwala na łatwe odłączenie wolniejszych turbin lub tych. które mają większe zakłócenia pracy wynikające z zawirowań wiatru powodowanych przez sąsiednie obiekty. Ponadto wolniej obracająca się turbina nie spowalnia pozostałych i jest samoczynnie przyłączana do systemu po osiągnięciu wymaganej prędkości. Pozwala to na zwiększenie sprawności i funkcjonalności układu w porównaniu ze znanymi siłowniami wiatrowymi z turbinami Savoniusa, a także na zastosowanie stosunkowo lżejszych konstrukcji nośnych.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia pojedynczy mechanizm łączący dwa segmenty walu przegubowego z pionowym wałem turbiny w widoku z boku. fig. 2 przedstawia układ przeniesienia napędu w wieloturbinowej

PL 227 446 B1 siłowni wiatrowej złożonej z szeregu mechanizmów z fig. 1, z wirnikami usytuowanymi nad podłużnicami konstrukcji nośnej, a fig. 3 przedstawia podobny układ z wirnikami zamocowanymi między podłużnicami konstrukcji nośnej.

Jak przedstawiono na fig. 1, pojedynczy mechanizm przeniesienia napędu w wieloturbinowej siłowni wiatrowej składa się z przegubowego wału napędowego 6 połączonego z turbiną wiatrową o pionowej osi obrotu za pośrednictwem mechanizmu, który zawiera przekładnię kątową 7 z zębatymi kołami stożkowymi 9, 10. Segmenty wału napędowego 6 są połączone ze sobą za pośrednictwem dwóch przegubów uniwersalnych 5 połączonych półosią poziomą 11 przekładni kątowej 7 umieszczonej między tymi przegubami. Pierwsze koło stożkowe o przekładni jest osadzone na dolnej półosi pionowej 12 połączonej z pionowym wałem turbiny za pośrednictwem trzeciego przegubu uniwersalnego 5 i połączonego z nim sprzęgła jednokierunkowego 4. Drugie koło stożkowe 10 jest osadzone na półosi poziomej 11. Sprzęgło jednokierunkowe 4 jest połączone z trzecim przegubem uniwersalnym 5 za pośrednictwem górnej półosi pionowej 8. Wszystkie półosie są połączone z innymi członami na wielowypust tak, aby niwelować rozszerzalność termiczną i mechaniczną układu.

Jak przedstawiono na fig. 2 i fig. 3, układ przeniesienia napędu w wieloturbinowej siłowni wiatrowej, składa się z szeregu turbin Savoniusa, których pionowe wały są przyłączone do przegubowego wału napędowego 6 za pośrednictwem mechanizmu przedstawionego na fig. 1. Do pionowych wałów są przymocowane wirniki 1. Pionowy wał każdej turbiny jest ułożyskowany obrotowo w co najmniej dwóch piastach 6 zamocowanych do stałej konstrukcji nośnej powyżej sprzęgła jednokierunkowego 4. W celu wyeliminowania ewentualnego bicia wałów turbin, w piastach 6 mogą być stosowane łożyska wahliwe. Stała konstrukcja nośna stanowi konstrukcję ramową z dwiema poziomymi podłużnicami 2, 3 górną i dolną, do których są przytwierdzone piasty 6. Podłużnice 2, 3 są przytwierdzone do pionowych poprzeczek zakotwionych w podłożu. Na fig. 2 wirniki 1 turbin są zamontowane nad podłużnicami 2, 3 konstrukcji nośnej, co wpływa na obniżenie wysokości konstrukcji wsporczej niezależnie od wysokości wirników 1 zamocowanych do pionowych wałów turbin. Podobne układ z fig. 3 różni się tym, że wirniki 1 turbin są zamontowane pomiędzy podłużnicami 2, 3 konstrukcji nośnej, co powoduje zwiększenie rozstawu piast 6. Taki układ pozwala na sztywne ustawienie obok siebie kolejnych turbin.

Podczas pracy pionowe wały turbin przekazują moment obrotowy na przegubowy wał napędowy 6 poprzez sprzęgło jednokierunkowe 4, trzeci przegub uniwersalny 5 i przekładnię kątową 7. Przeguby uniwersalne 5 mają za zadanie połączyć przegubowo układ wałów tak, aby wyeliminować niekorzystny wpływ ewentualnego bicia promieniowego. Sprzęgło jednokierunkowe 4 pozwala na synchronizację pracy turbin przyłączonych do wspólnego wału napędowego 6. Gdy jedna z turbin nie ma odpowiedniej prędkości obrotowej zostaje wypięta z układu przez sprzęgło, dzięki czemu nie spowalnia pracy całego układu. Na wyjściu przegubowego wału napędowego 6 jest przyłączony generator 13 energii elektrycznej lub inne urządzenie mechaniczne.

Układ według wynalazku jest przeznaczony dla co najmniej dwóch turbin Savoniusa połączonych z przegubowym wałem napędowym, z możliwością łatwego rozbudowania o kolejne moduły. Konstrukcja nośna układu według wynalazku może być wykonana z metalu, drewna, murowana lub wylewana z betonu.

Claims (3)

1. Układ przeniesienia napędu w wieloturbinowej siłowni wiatrowej, złożony z przegubowego wału napędowego i połączonych z nim turbin Savoniusa o pionowej obrotu za pośrednictwem mechanizmów zawierających przekładnie kątowe z zębatymi kołami stożkowymi, znamienny tym, że segmenty przegubowego wału napędowego (6) są połączone ze sobą za pośrednictwem dwóch przegubów uniwersalnych (5) połączonych półosią poziomą (11) przekładni kątowej (7) umieszczonej między tymi przegubami, przy czym pierwsze koło stożkowe (9) przekładni jest osadzone na dolnej półosi pionowej (12) połączonej z pionowym wałem turbiny (1) za pośrednictwem trzeciego przegubu uniwersalnego (5) i połączonego z nim sprzęgła jednokierunkowego (4), a drugie koło stożkowe (10) jest osadzone na półosi poziomej (11), przy czym pionowy wał każdej turbiny jest ułożyskowany obrotowo w co najmniej dwóch piastach (6) zamocowanych do stałej konstrukcji nośnej powyżej sprzęgła jednokierunkowego (4).

PL 227 446 B1

2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że sprzęgło jednokierunkowe (4) jest połączone z trzecim przegubem uniwersalnym (5) za pośrednictwem górnej półosi pionowej (8).

3. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że stała konstrukcja nośna ma konstrukcję ramową z dwiema poziomymi podłużnicami (2, 3), górną i dolną, do których są przytwierdzone piasty (6).