PL249807B1 - Turbina wiatrowa ze składanymi łopatami - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest turbina wiatrowa ze składanymi łopatami, posiadająca wał (1) usytuowany pionowo i poprzecznie do kierunku wiatru (9) z zamocowanymi do niego piastą dolną (2) i obrotowo poprzez łącznik kątowy (7) piastą górną (5). Do piasty dolnej (2) i piasty górnej (5) zamocowane są osie łopat, do których zamocowane są łopaty (4.1, 4.2, 4.3, 4.4), (6.1, 6.2, 6.3, 6.4) usytuowane prostopadle do ich osi obrotu. Kąty pomiędzy sąsiadującymi osiami łopat w płaszczyźnie prostopadłej do osi obrotu piasty dolnej (2) są takie same. W wale (1) do piasty dolnej (2) w jej osi obrotu zamocowany jest obrotowo pierwszy koniec łącznika kątowego (7) w postaci wygiętego pręta o przekroju kołowym. Osie łącznika kątowego (7) są ułożone względem siebie pod rozwartym kątem (α), który jest większy od 120° i mniejszy od 180°. Na drugim końcu łącznika kątowego (7) osadzona jest obrotowo górna piasta (5), tudzież piasta górna (5) posiada na swojej dolnej podstawie uzębienie przekładni kątowej sprzężone z uzębieniem przekładni kątowej znajdującym się na piaście dolnej (2). Przełożenie przekładni kątowej wynosi 1:1. Turbina charakteryzuje się tym, że rzuty osi par łopat (4.1, 6.1), (4.2, 6.2), (4.3, 6.3), (4.4, 6.4), z których pierwsza oś zamocowana jest do piasty dolnej (2), a druga oś zamocowana jest do piasty górnej (5), na płaszczyznę prostopadłą do osi wału (1), w położeniach skrajnych pokrywają się, tudzież łopaty (4.1, 4.2, 4.3, 4.4), (6.1, 6.2, 6.3, 6.4) zamocowane są obrotowo na swoich osiach i względem nich. Pary łopat (4.1, 6.1), (4.2, 6.2), (4.3, 6.3), (4.4, 6.4) połączone są ze sobą jedną z krawędzi za pomocą zawiasów (8.1, 8.2, 8.3, 8.4).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest turbina wiatrowa ze składanymi łopatami.

Z opisu zgłoszenia patentowego US2010194112A1 znana jest turbina o osi pionowej, która ma dwa wirniki zamontowane wokół osi, które obracają się w przeciwnych kierunkach. Pomiędzy wirnikami umieszczony jest generator energii elektrycznej wytwarzanej na skutek obrotu wirników, tak że jeden wirnik jest lustrzanym odbiciem drugiego wirnika.

Znana jest również z artykułu Numerical Investigation of the Structural Behavior of an Innovative Offshore Floating Darrieus-Type Wind Turbines with Three-Stage Rotors dostępnego na stronie internetowej https://www.mdpi.com/2504-477X/6/6/167/htm pływająca trzywirnikowa turbina wiatrowa o osi pionowej przeznaczona do eksploatacji na powierzchni morza. Jest to turbina Darrieusa z prostymi łopatami. Kolejne trzy wirniki nie są ze sobą sprzęgnięte i obracają się niezależnie w przeciwnych kierunkach.

W opisie zgłoszenia patentowego FR2973843A1 została ujawniona turbina wiatrowa dwuwirnikowa, która posiada sztywną i lekką wieżyczkę do podtrzymywania wirników i owiewek wiatrowych, spoczywających na dwóch obrotowych gniazdach kulowych. Gniazda są oddzielone tuleją, która jest umieszczona wokół stałego masztu wzniesionego na podwyższonym pylonie. Wiatrowskaz kontroluje główne położenie wieży w oparciu o kierunek wiatru. Motoreduktory i pneumatyczne koła napędowe służą do unikania wibracji i orientacji wieży. Napęd mechaniczny napędza energię odzyskaną przez łopatki wirników generatora elektrycznego.

Znana jest z opisu patentowego US9752556B1 wielowirnikowa turbina wiatrowa o pionowej osi, która zawiera wiele pionowych wirników wiatrowych zamontowanych obrotowo na ramionach wsporczych rozciągających się od wierzchołków górnych i dolnych wielokątnych elementów ramy. Górny koniec każdego wirnika jest osadzony w łożysku ślizgowym, a dolna część jest osadzona w łożysku sprzęgła jednokierunkowego. Koło pasowe jest zamontowane na dolnym końcu każdego wirnika. Generator jest umieszczony centralnie pod dolnym elementem ramy i ma obrotowy wał twornika rozciągający się pionowo do góry. Koło pasowe każdego pionowego wirnika jest połączone z wałem twornika za pomocą własnego, oddzielnego pasa bez końca.

Z opisu zgłoszenia patentowego PL442363A1 znana jest turbina wiatrowa dwuwirnikowa, posiadająca wał z osadzonymi na nim obrotowo piastą dolną i piastą górną, do których zamocowane są łopaty. Jej istotą jest to, że do piasty dolnej w jej osi obrotu zamocowany jest obrotowo pierwszy koniec łącznika kątowego o przekroju kołowym, którego osie są ułożone względem siebie pod rozwartym kątem, który jest większy od 120° i mniejszy od 180°. Na drugim końcu łącznika kątowego osadzona jest obrotowo górna piasta. Górna piasta posiada na swojej dolnej podstawie uzębienie przekładni kątowej sprzężone z uzębieniem przekładni kątowej znajdującym się na dolnej piaście, tudzież osie par łopat w widoku z góry rozmieszczone są względem siebie pod kątem ostrym.

Z opisu zgłoszenia patentowego PL442364A1 znana jest turbina wiatrowa dwuwirnikowa, posiadająca wał z osadzonymi na nim obrotowo piastą dolną i piastą górną, do których zamocowane są łopaty. Charakteryzuje się ona tym, że do piasty dolnej w jej osi obrotu zamocowany jest obrotowo pierwszy koniec łącznika kątowego o przekroju kołowym, którego osie są ułożone względem siebie pod rozwartym kątem, który jest większy od 120° i mniejszy od 180°. Na drugim końcu łącznika kątowego osadzona jest obrotowo górna piasta. Górna piasta posiada na swojej dolnej podstawie uzębienie przekładni kątowej sprzężone z uzębieniem przekładni kątowej znajdującym się na dolnej piaście, tudzież osie par łopat, w widoku z góry, rozmieszczone są względem siebie pod kątem ostrym. Korzystnie do górnego końca łącznika kątowego zamocowany jest ster kierunkowy, który jest ustawiony równolegle do kierunku wiatru.

Celem wynalazku jest zwiększenie momentu obrotowego turbin dwuwirnikowych.

Przedmiotem wynalazku jest turbina wiatrowa ze składanymi łopatami, posiadająca wał usytuowany pionowo i poprzecznie do kierunku wiatru z zamocowanymi do niego piastą dolną i obrotowo poprzez łącznik kątowy piastą górną, natomiast do piasty dolnej zamocowane są swoimi pierwszymi końcami osie dolne, do których drugich końców zamocowane są skrzydła dolne, zaś do piasty górnej zamocowane są swoimi pierwszymi końcami osie górne, do których drugich końców zamocowane są skrzydła górne, przy czym kąty pomiędzy sąsiadującymi osiami dolnymi i osiami górnymi w płaszczyźnie prostopadłej do osi obrotu piasty dolnej są takie same. W wale do piasty dolnej w jej osi obrotu zamocowany jest obrotowo pierwszy koniec łącznika kątowego w postaci wygiętego pręta o przekroju kołowym, mającego dwa proste odcinki, których osie tworzą rozwarty kąt większy od 120° i mniejszy od 180°. Na drugim końcu łącznika kątowego osadzona jest obrotowo piasta górna. Piasta górna posiada na swojej dolnej podstawie uzębienie przekładni kątowej sprzężone z uzębieniem przekładni kątowej znajdującym się na górnej podstawie piasty dolnej. Przełożenie przekładni kątowej wynosi 1:1.

Istotą wynalazku jest to, że rzuty par sąsiadujących osi dolnych i osi górnych na płaszczyznę prostopadłą do osi wału pokrywają się. Skrzydła dolne zamocowane są obrotowo na osiach dolnych. Skrzydła górne zamocowane są obrotowo na osiach górnych. Pary sąsiadujących skrzydeł dolnych i skrzydeł górnych połączone są ze sobą krawędziami górnymi skrzydeł dolnych i krawędziami dolnymi skrzydeł górnych za pomocą zawiasów. Tworzą one łopaty turbiny wiatrowej.

Korzystnym skutkiem zastosowania wynalazku jest to, że podczas obrotu łopat dolnych i górnych naprzemiennie rozkładają się one w fazie, gdy poruszają się zgodnie z kierunkiem wiatru i składają się w fazie, gdy poruszają się przeciwnie do kierunku wiatru. Na skutek tego w pierwszej fazie siła oporu jest większa niż w drugiej fazie. Turbina według wynalazku generuje większy m oment obrotowy w porównaniu do turbin dwuwirnikowych o równoległych osiach obrotu wirników.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania jest uwidoczniony na rysunku, na którym poszczególne figury przedstawiają:

Fig. 1 - turbina w widoku perspektywicznym z góry i od boku,

Fig. 2 - turbina w widoku z góry,

Fig. 3 - turbina w przekroju wzdłuż linii A-A z Fig. 2.

Turbina wiatrowa ze składanymi łopatami w przykładzie wykonania przedstawionym na rysunku posiada wał 1 usytuowany pionowo i poprzecznie do kierunku wiatru 9. Do wału zamocowane są piasta dolna 2 i obrotowo poprzez łącznik kątowy 7 piasta górna 5. Do piasty dolnej 2 zamocowane są swoimi pierwszymi końcami osie dolne 3.1, 3.2, 3.3, 3.4, do których drugich końców zamocowane są skrzydła dolne 4.1,4.2, 4.3, 4.4, zaś do piasty górnej 5 zamocowane są swoimi pierwszymi końcami osie górne 3.5, 3.6, 3.7, 3.8, do których drugich końców zamocowane są skrzydła górne 6.1, 6.2, 6.3, 6.4. Kąty pomiędzy sąsiadującymi osiami dolnymi 3.1, 3.2, 3.3, 3.4 i osiami górnymi 3.5, 3.6, 3.7, 3.8 w płaszczyźnie prostopadłej do osi obrotu piasty dolnej 2 są takie same. W wale 1 do piasty dolnej 2 w jej osi obrotu zamocowany jest obrotowo pierwszy koniec łącznika kątowego 7 w postaci wygiętego pręta o przekroju kołowym, mającego dwa proste odcinki, których osie z, z’ tworzą rozwarty kąt α, który wynosi 160°. Na drugim końcu łącznika kątowego 7 osadzona jest obrotowo piasta górna 5, która posiada na swojej dolnej podstawie uzębienie przekładni kątowej sprzężone z uzębieniem przekładni kątowej znajdującym się na górnej podstawie piasty dolnej 2. Przełożenie przekładni kątowej wynosi 1:1. Rzuty par osi 4.1,6.1; 4.2, 6.2; 4.3, 6.3; 4.4, 6.4, z których oś dolna zamocowana jest do piasty dolnej 2 a oś górna zamocowana jest do piasty górnej 5, na płaszczyznę prostopadłą do osi wału 1, pokrywają się. Skrzydła dolne 4.1,4.2, 4.3, 4.4 zamocowane są obrotowo na osiach dolnych 3.1,3.2, 3.3, 3.4, a skrzydła górne 6.1,6.2, 6.3, 6.4 zamocowane są obrotowo na osiach górnych 3.5, 3.6, 3.7, 3.8. Pary skrzydeł górnych i dolnych 4.1,6.1; 4.2, 6.2; 4.3, 6.3; 4.4, 6.4 połączone są ze sobą krawędziami górnymi skrzydeł dolnych i krawędziami dolnymi skrzydeł górnych za pomocą zawiasów 8.1, 8.2, 8.3, 8.4, tworząc łopaty turbiny wiatrowej.

Działanie turbiny wiatrowej ze składanymi łopatami w przykładzie wykonania polega na tym, że podczas obrotu, skrzydła dolne 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 obracają się po okręgu leżącym na płaszczyźnie prostopadłej do osi wału 1, natomiast skrzydła górne 6.1,6.2, 6.3, 6.4 obracają się po okręgu leżącym na płaszczyźnie ułożonej pod kątem α-90° do osi wału 1. Skrzydła 4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 6.1, 6.2, 6.3, 6.4 są zamocowane obrotowo odpowiednio na osiach 3.1, 3.2, 3.3, 3.4, 3.5, 3.6, 3.7, 3.8, a ich pary są połączone ze sobą zawiasami 8.1,8.2, 8.3, 8.4 tworząc łopaty. Na skutek tego w pierwszym skrajnym położeniu, w którym skrzydła 4.1,4.2, 4.3, 4.4, 6.1,6.2, 6.3, 6.4 poruszają się zgodnie z kierunkiem wiatru, kąt rozwarcia łopat jest maksymalny, co jest widoczne na Fig. 3 po lewej stronie. Skutkuje to zwiększeniem siły oporu, korzystnej w tym położeniu. Natomiast w drugim skrajnym położeniu, w którym skrzydła 4.1,4.2, 4.3, 4.4, 6.1,6.2, 6.3, 6.4 poruszają się przeciwnie do kierunku wiatru, kąt rozwarcia łopat jest minimalny, co jest widoczne na Fig. 3 po prawej stronie. Skutkuje to zmniejszeniem siły oporu, niekorzystnej w tym położeniu. W położeniach pośrednich, kąt rozwarcia łopat przyjmuje wartości pośrednie. Jednocześnie siła oporu działająca na pary łopaty w pierwszym położeniu powoduje takie ustawienie łącznika kątowego 7 względem kierunku wiatru 9, aby w pierwszym położeniu łopaty poruszały się zgodnie z kierunkiem wiatru, a w drugim położeniu przeciwnie do kierunku wiatru

Wykaz oznaczeń: 1 2

3.1,3.2, 3.3, 3.4

3.5, 3.6, 3.7, 3.8

4.1,4.2, 4.3, 4.4 5

6.1,6.2, 6.3, 6.4 7

8.1,8.2, 8.3, 8.4 9 z, z’ α

- wał

- piasta dolna

- osie dolne

- osie górne

- skrzydła dolne

- piasta górna

- skrzydła górne

- łącznik kątowy

- zawiasy

- kierunek wiatru

- osie łącznika kątowego

- kąt pomiędzy osiami z i z’

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   1. Turbina wiatrowa ze składanymi łopatami, posiadająca wał (1) usytuowany pionowo i poprzecznie do kierunku wiatru (9) z zamocowanymi do niego piastą dolną (2) i obrotowo poprzez łącznik kątowy (7) piastą górną (5), natomiast do piasty dolnej (2) zamocowane są swoimi pierwszymi końcami osie dolne (3.1,3.2, 3.3, 3.4), do których drugich końców zamocowane są skrzydła dolne (4.1,4.2, 4.3, 4.4), zaś do piasty górnej (5) zamocowane są swoimi pierwszymi końcami osie górne (3.5, 3.6, 3.7, 3.8), do których drugich końców zamocowane są skrzydła górne (6.1,6.2, 6.3, 6.4), przy czym kąty pomiędzy sąsiadującymi osiami dolnymi (3.1, 3.2, 3.3, 3.4) i osiami górnymi (3.5, 3.6, 3.7, 3.8) w płaszczyźnie prostopadłej do osi obrotu piasty dolnej (2) są takie same, zaś w wale (1) do piasty dolnej (2) w jej osi obrotu zamocowany jest obrotowo pierwszy koniec łącznika kątowego (7) w postaci wygiętego pręta o przekroju kołowym, mającego dwa proste odcinki, których osie (z, z’) tworzą rozwarty kąt (α), który jest większy od 120° i mniejszy od 180°, zaś na drugim końcu łącznika kątowego (7) osadzona jest obrotowo piasta górna (5) tudzież piasta górna (5) posiada na swojej dolnej podstawie uzębienie przekładni kątowej sprzężone z uzębieniem przekładni kątowej znajdującym się na górnej podstawie piasty dolnej (2), przy czym przełożenie przekładni kątowej wynosi 1:1, znamienna tym, że rzuty par sąsiadujących osi dolnych i osi górnych (3.1 i 3.5, 3.2 i 3.6, 3.3 i 3.7, 3.4 i 3.8) na płaszczyznę prostopadłą do osi wału (1) pokrywają się tudzież skrzydła dolne (4.1,4.2, 4.3, 4.4) zamocowane są obrotowo na osiach dolnych (3.1,3.2, 3.3, 3.4), a skrzydła górne (6.1,6.2, 6.3, 6.4) zamocowane są obrotowo na osiach górnych (3.5, 3.6, 3.7, 3.8), zaś pary sąsiadujących skrzydeł dolnych i skrzydeł górnych (4.1 i 6.1,4.2 i 6.2, 4.3 i 6.3, 4.4 i 6.4) połączone są ze sobą krawędziami górnymi skrzydeł dolnych i krawędziami dolnymi skrzydeł górnych za pomocą zawiasów (8.1,8.2, 8.3, 8.4), tworząc łopaty turbiny wiatrowej.