PL74280Y1

PL74280Y1 - Wind power plant

Info

Publication number: PL74280Y1
Application number: PL130227U
Authority: PL
Inventors: Piotr Doerffer; Krzysztof Doerffer
Original assignee: Instytut Masz Przeplywowych Im Roberta Szewalskiego Polskiej Akademii Nauk; Przed Cemet Ltd Spolka Z Ograniczona Odpowiedzialnoscia
Priority date: 2021-08-19
Filing date: 2021-08-19
Publication date: 2026-03-02
Also published as: PL130227U1

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest elektrownia wiatrowa, która składa się z trzech wiatraków (1) osadzonych obrotowo w konstrukcji wsporczej, każdy wiatrak (1) składa się z kierownicy (2) w kształcie klina pod kątem 60° o wierzchołku, na bokach której umieszczone są dwie linie wirników (3) o osi pionowej, zawierające wirnik, a kierownice (2) zamocowane są do konstrukcji wsporczej w jej trzech narożach przy pomocy łożysk, umożliwiających ustawianie się wiatraków pod wiatr.The subject of the application is a wind power plant consisting of three wind turbines (1) mounted in a rotatable manner in a supporting structure, each wind turbine (1) consists of a wedge-shaped guide vane (2) at an angle of 60° with its top, on the sides of which there are two lines of rotors (3) with a vertical axis containing the rotor, and the guide vanes (2) are attached to the supporting structure in its three corners by means of bearings, enabling the wind turbines to be positioned against the wind.

Description

Opis wzoru Przedmiotem wzoru uzytkowego jest elektrownia wiatrowa. Description of the design The subject of the utility model is a wind turbine.

Z opisu patentowegoznany jest wiatrak o osi poprzecznej prostopadlej do kierunku wiatru. Wiatraki te znalazly zastosowanie w elektrowniach wiatrowych. A patent description describes a windmill with a transverse axis perpendicular to the wind direction. These windmills have found applications in wind power plants.

Elektrownia wiatrowa wedlug przedmiotowego wzoru sklada sie z trzech wiatraków, kazdy o mocy znamionowej 5 kW przy wietrze 12 m/s. Kazdy wiatrak sklada sie z kierownicy w ksztalcie klina, na bo- kach którego umieszczone sa wirniki o osi pionowej. Kierownice zamocowane sa do konstrukcji wspor- czej w jej trzech narozach. Mocowanie do konstrukcji wsporczej wykonane jest przy pomocy lozysk, umozliwiajacych samodzielne ustawianie sie wiatraków pod wiatr. Podstawowym elementem elektrowni jest konstrukcja wsporcza wiatraka. Zapewnia ona mocowanie trzech wiatraków w odleglosci 8 m po- miedzy osiami obrotu wiatraków. The wind turbine farm, as designed, consists of three wind turbines, each with a rated power of 5 kW at a wind speed of 12 m/s. Each turbine consists of a wedge-shaped vane, with vertical rotors positioned on its sides. The vanes are attached to a support structure at its three corners. The vanes are attached to the support structure using bearings, allowing the turbines to independently align themselves against the wind. The basic element of the turbine farm is the turbine support structure. It supports the three turbines at a distance of 8 m between their rotation axes.

Jest to konstrukcja kratownicowa, której koncepcja minimalizuje opory powietrza i zaklócenie strumienia powietrza wiejacego na elektrownie. Niezaleznie od kierunku wiatru przynajmniej dwa wia- traki znajduja sie w strudze niezaburzonego wiatru. Trzeci wiatrak czesto bedzie znajdowac sie w sla- dzie za drugim wiatrakiem lub za srodkowa czescia konstrukcji wsporczej, która jest jednakze bardzo azurowa i nie powinna zmniejszac mocy tego wiatraka. This is a truss structure designed to minimize air resistance and disruption of the airflow blowing onto the power plant. Regardless of the wind direction, at least two wind turbines are located in the undisturbed wind stream. The third turbine will often be located in the wake of the second turbine or behind the central part of the support structure, which is, however, very openwork and should not reduce the turbine's power output.

Ciag czterech wirników po kazdej stronie kierownicy jest zmontowany tak, ze z kazdej strony (na górze i na dole) znajduje sie generator energii elektrycznej. Oznacza to, ze dwa wirniki napedzaja jeden generator, dzieki czemu górna i dolna czesc wiatraka pracuja niezaleznie. W zwiazku z tym kazdy wiatrak posiada cztery punkty produkcji energii elektrycznej. The string of four rotors on each side of the vane is assembled so that each side (top and bottom) houses an electricity generator. This means that two rotors drive a single generator, allowing the upper and lower sections of the windmill to operate independently. Therefore, each windmill has four electricity production points.

Wyposazony wiatrak, jak pokazano na rysunku, jest zamontowany na konstrukcji wsporczej. The equipped windmill, as shown in the figure, is mounted on a support structure.

Prawidlowy montaz wiatraka jest bardzo wazny, szczególnie ze wzgledu na jego pionowe usta- wienie. Brak pionu osi wiatraka skutkowac moze jego tendencja do stalego ustawiania sie w jednym kierunku, co bedzie szczególnie zauwazalne przy slabych wiatrach. Dalsza konsekwencja bedzie nie- równa praca i obciazenie wirników. Proper wind turbine installation is crucial, especially considering its vertical orientation. A wind turbine that is not vertical can result in a tendency to constantly align in one direction, which will be particularly noticeable in light winds. This will further result in uneven operation and increased load on the rotors.

Przedmiotem wzoru uzytkowego jest elektrownia wiatrowa, która: - sklada sie z trzech wiatraków osadzonych obrotowo w konstrukcji wsporczej skladajacej sie z trój- katnych platform górnej i dolnej polaczonych slupem srodkowym zamocowanym na podstawie z trzema parami narozy, w których zamocowane sa trzy pary lozysk, - kazdy wiatrak sklada sie z kierownicy skladajacej sie z dwóch prostokatnych plyt ustawionych pionowo i polaczonych przednimi pionowymi krawedziami tworzacymi wierzcholek o kacie dwu- sciennym rozwarcia 60°, na tylnych pionowych krawedziach umieszczone sa dwie linie wirników o osi pionowej, zawierajace wirniki, a kierownice zamocowane sa do konstrukcji wsporczej przy pomocy lozysk sluzacych do ustawiania wierzcholków kierownic pod wiatr, gdzie kazdy wiatrak jest umieszczony w jednej z trzech par narozy konstrukcji wsporczej. The subject of the utility model is a wind turbine that: - consists of three wind turbines mounted in a support structure consisting of triangular upper and lower platforms connected by a central column mounted on a base with three pairs of corners in which three pairs of bearings are mounted, - each wind turbine consists of a vane consisting of two rectangular plates arranged vertically and connected by their front vertical edges forming a vertex with a dihedral angle of 60°, on the rear vertical edges there are two lines of rotors with a vertical axis containing the rotors, and the vanes are attached to the support structure by means of bearings used to position the vanes against the wind, where each wind turbine is placed in one of the three pairs of corners of the structure supporting.

Korzystnie elektrownia wedlug wzoru charakteryzuje sie tym, ze kazdy z trzech wiatraków jest zamontowany w naroznikach trójkatnych platform, gdzie odleglosc pomiedzy nimi wynosi 8 m. The preferred power plant design is characterized by the fact that each of the three wind turbines is mounted at the corners of triangular platforms, with the distance between them being 8 m.

Korzystnie elektrownia wedlug wzoru charakteryzuje sie tym, ze wierzcholek kierownicy znajduje sie pomiedzy osia obrotu wiatraka a tylnymi krawedziami kierownicy. Preferably, the power plant according to the formula is characterized in that the top of the guide vane is located between the axis of rotation of the windmill and the rear edges of the guide vane.

Korzystnie elektrownia wedlug wzoru charakteryzuje sie tym, ze kazda linia wirników na dole i na górze posiada generatory pradu, gdzie kazdy generator polaczony jest z dwoma wirnikami. Preferably, the power plant according to the formula is characterized by the fact that each line of rotors at the bottom and top has electricity generators, where each generator is connected to two rotors.

Korzystnie elektrownia wedlug wzoru charakteryzuje sie tym, ze trzy pary lozysk stanowia punkt obrotowy wiatraków. Preferably, the power plant according to the formula is characterized by the fact that three pairs of bearings constitute the rotational point of the wind turbines.

Opis rysunków: Fig. 1 – przedstawia zespolona elektrownie wiatrowa. Figure descriptions: Fig. 1 – shows a combined wind turbine.

Fig. 2 – przedstawia konstrukcje wsporcza bez wiatraków. Fig. 2 – shows the supporting structure without fans.

Fig. 3 – przestawia konstrukcje wsporcza z zaznaczonymi punktami obrotu wiatraków. Fig. 3 – shows the supporting structure with the wind turbine rotation points marked.

Fig. 4 – przedstawia kratownicowa konstrukcje wsporcza. Fig. 4 – shows the truss support structure.

Fig. 5 – przedstawia przekrój poprzeczny wiatraka, gdzie element „11” przedstawia tuleje lozy- skowa wiatraka. Fig. 5 – shows a cross-section of the windmill, where element "11" represents the windmill bearing sleeve.

Fig. 6 – przedstawia jeden z wiatraków z zaznaczona krawedzia natarcia, wirnikiem i generatorem. Fig. 6 – shows one of the windmills with the leading edge, rotor and generator marked.

Elektrownia wiatrowa sklada sie z trzech modulów wiatrakowych 1, kazdy o nominalnej mocy kW przy predkosci wiatru równej Uw = 12 m/s. Kazdy modul jest innowacyjnym rozwiazaniem, który zastepuje jeden wielki wirnik Savoniusa dwoma malymi wirnikami 3 z kierownica 2 w ksztalcie klina. The wind turbine consists of three wind turbine modules 1, each with a nominal power of 1000 kW at a wind speed of Uw = 12 m/s. Each module is an innovative solution that replaces one large Savonius rotor with two small rotors 3 with a wedge-shaped guide vane 2.

Celem takiego rozwiazania technicznego jest minimalizacja kosztów wytwarzania wiatraka typu Savoniusa Kazdy wiatrak 1 osadzony jest obrotowo w konstrukcji wsporczej, Fig. 3 i Fig. 4. Dzieki temu obracaja sie one zawsze pod wiatr, co jest uzyskane dzieki przesunieciu wierzcholka klina kierownicy 9 poza os obrotu wiatraka, która jest tuleja lozyskowa 11. Element 11 stanowi tuleje, która jest ulokowana w lozysku 8, stanowiac punkt obrotowy kierownicy 2 na górze i na dole kierownicy. Czesc oporowa kierownicy 2, bedaca klinem pod katem 60 stopni na kazda strone o wierzcholku 9 przesunietym za punkt obrotu kierownicy 11, na Fig. 5 powodujacym aby wiatrak 1 byl bardzo podatny na kierunek wiatru. The purpose of this technical solution is to minimize the manufacturing costs of a Savonius-type windmill. Each windmill 1 is pivotally mounted in a support structure, Fig. 3 and Fig. 4. This ensures that they always rotate against the wind, which is achieved by shifting the tip of the guide vane 9 beyond the windmill's rotation axis, which is the bearing bushing 11. Element 11 is a bushing located in bearing 8, constituting the pivot point of the guide vane 2 at the top and bottom of the guide vane. The support portion of the guide vane 2, being a wedge at an angle of 60 degrees on each side, with the tip 9 offset beyond the pivot point of the guide vane 11 in Fig. 5, makes the windmill 1 very susceptible to wind direction.

Wiatr zostaje rozdzielony poprzez klinowa kierownice 2, symetrycznie na obie linie wirników 3. The wind is distributed symmetrically on both rotor lines 3 by means of the wedge-shaped guide vane 2.

Struga wiatru napedza poszczególne wirniki 10, które w przedluzeniu swojej osi czyli linii wirników 3 posiadaja generatory pradu 12, bez zadnej przekladni. Odpowiednie algorytmy obciazenia generato- rów 12 pozwalaja na maksymalizacje mocy pozyskiwanej z linii wirników 3. Kazde dwa wirniki 10 maja swój wlasny generator 12, który niezaleznie steruje pozyskiwaniem mocy. Takie rozwiazanie jest ko- nieczne, poniewaz wiatrak 1 jest wysoki, ma okolo 10 m, przez co predkosc wiatru wiejacego na górna i dolna czesc wiatraka 1 moze byc inna. W zwiazku z tym kazdy wiatrak 1 posiada cztery punkty pro- dukcji energii elektrycznej. Ponadto kazdy wiatrak 1 znajduje sie w innych warunkach naplywu wiatru. The wind stream drives individual rotors 10, which, along their axis (rotor line 3), have electricity generators 12, without any gearbox. Appropriate load algorithms for generators 12 allow for maximizing the power obtained from rotor line 3. Each pair of rotors 10 has its own generator 12, which independently controls the power output. This solution is necessary because windmill 1 is tall, approximately 10 m, and therefore the wind speeds blowing on the upper and lower parts of windmill 1 can differ. Therefore, each windmill 1 has four electricity production points. Furthermore, each windmill 1 is exposed to different wind conditions.

W konsekwencji na calej elektrowni wiatrowej znajduje sie 12 (dwanascie) niezaleznych zródel pradu, które sa niezaleznie sterowane. As a result, there are 12 (twelve) independent power sources throughout the wind farm, which are independently controlled.

Moc uzyskana z linii wirników 3 jest przekazywana poprzez pierscienie slizgowe na wspólna szyne elektro-energetyczna. Dalsze wykorzystanie tej energii zalezne jest od potrzeb. The power obtained from rotor line 3 is transferred via slip rings to a common power bus. Further use of this energy depends on the needs.

Linie wirników 3 zastosowane w elektrowni wiatrowej nie posiadaja hamulców i moga pracowac przy bardzo silnych wiatrach, i wynikajacych z tego wysokich predkosciach obrotowych. Dzieki temu wiatrak 1 zawsze bedzie produkowal moc. Przy wiatrach przekraczajacych graniczne wartosci, pobie- rana moc bedzie maksymalna, która zaakceptowac moze zastosowany system elektro-energetyczny. The three rotor lines used in the wind turbine are brakeless and can operate in very strong winds, resulting in high rotational speeds. This ensures that wind turbine 1 will always produce power. When winds exceed the limit values, the power consumed will be the maximum that the power system can accept.

Przy bardzo silnych wiatrach niewykorzystana moc oddawana bedzie do otoczenia poprzez zwiekszone predkosci obrotowe, dzieki samohamownosci wirników Savoniusa. In very strong winds, unused power will be released into the environment through increased rotational speeds thanks to the self-braking Savonius rotors.

Oznaczenia: 1 – wiatrak 2 – kierownica 3 – linie wirników 4 – platforma górna – platforma dolna 6 – slup srodkowy 7 – podstawa 8 – lozysko 9 – wierzcholek klina kierownicy – wirnik 11 – tuleja lozyskowa 12 – generator 13 – lewa plyta klina kierownicy 14 – prawa plyta klina kierownicySymbols: 1 – fan 2 – stator 3 – rotor lines 4 – upper platform – lower platform 6 – center column 7 – base 8 – bearing 9 – stator wedge tip – rotor 11 – bearing sleeve 12 – generator 13 – left stator wedge plate 14 – right stator wedge plate

Claims

Protective Disclaimers

1. A wind power plant characterized in that it consists of three wind turbines (1) mounted in a rotatable support structure consisting of triangular upper (4) and lower (5) platforms connected by a central column (6) mounted on a base (7) with three pairs of corners in which three pairs of bearings (8) are mounted, each windmill (1) consists of a stator (2) consisting of two rectangular plates (13, 14) arranged vertically and connected by front vertical edges forming a vertex (9) with a dihedral angle of 60°, on the rear vertical edges there are two lines of rotors (3) with a vertical axis, containing rotors (10), and the stators (2) are attached to the supporting structure by means of bearings (8) used to position the tops (9) of the stators (2) against the wind, where each windmill is placed in one of the three pairs of corners of the supporting structure.

2. A power plant according to claim 1, characterized in that each of the three wind turbines (1) is mounted in the corners of triangular platforms, where the distance between them is 8 m.

3. A power plant according to claim 1, characterized in that the top of the steering wheel (9) is located between the axis of rotation of the windmill (1) and the rear edges of the steering wheel.

4. A power plant according to claim 1, characterized in that each line of rotors (3) has current generators (12) at the bottom and at the top, where each generator (12) is connected to two rotors (10).

5. A power plant according to claim 1, characterized in that three pairs of bearings (8) constitute the pivot point of the windmills (1).