RS64871B1 - Vetroturbina - Google Patents

Description

Opis

Oblast pronalaska

[0001] Ovaj pronalazak odnosi se na turbine, na primer vetro ili vodene turbine. Određenije, ovaj pronalazak se odnosi na optimizovanje lopatica turbina.

Stanje tehnike

[0002] Turbine su fluidni pogonski strojevi koji obuhvataju nepomične delove, na primer stator i raspoređivač, i pomične delove, na primer rotor. Rotor obuhvata jedan oblikovani element koji se naziva lopaticom ili više njih. Rotor, koji se naziva i radnim kolom, predstavlja element koji ekstrahuje energiju iz fluida pomoću rada razvijenog na obrtnim površinama.

[0003] Primer turbina su vetroturbine sa horizontalnom ili vertikalnom osom. Lopatice su osnovni elementi turbine pa njihova optimizacija može dovesti do značajnih pogodnosti sa raznih stanovišta.

[0004] Ciljevi konstruktora turbina, određenije vetroturbina, uključuju: smanjenje površine aeroprofila lopatica; smanjenje mase lopatica; smanjenje buke i vibracija koje turbina stvara, određenije što usled obrtanja pomičnih delova, što usled interakcije pomenutih pomičnih delova sa fluidom; poboljšanje pokretanja turbine; i poboljšanje performansi u uslovima koji se razlikuju od tačke maksimalne efikasnosti turbine.

[0005] Kako bi postigli te ciljeve, konstruktori su dosad obično radili na spoljašnjoj geometriji lopatica ili na materijalima od kojih su izrađene.

[0006] Međutim, konkretno nivo optimizacije aerodinamike lopatica nije još uvek u potpunosti zadovoljavajući pa se generalno oseća potreba za prevazilaženjem ograničenja stanja tehinke. U WO 2007/035758 A1 otkriven je jedan poznat pristup iz stanja tehnike.

Kratak sadržaj pronalaska

[0007] Jedan predmet ovog pronalaska je izrada turbine opremljene najmanje jednom lopaticom koja omogućava poboljšanje performansi u odnosu na poznate turbine.

[0008] Drugi predmet ovog pronalaska je izrada turbine koja omogućava dobijanje aktivne kontrole graničnog sloja na lopatici ili aeroprofilu.

[0009] Ovim se pronalaskom postiže najmanje jedan od tih predmeta, kao i drugi predmeti koji će biti očigledni nakon čitanja ovog opisa, pomoću turbine koja obuhvata najmanje jednu lopaticu, pri čemu ta najmanje jedna lopatica obuhvata:

- najmanje jedan usisni vod u lopatici, sa najmanje jednim usisnim otvorom za fluid u koji se najmanje jedna lopatica može uroniti;

- najmanje jedan ispusni vod u lopatici, sa najmanje jednim ispusnim otvorom za taj fluid; pri čemu su najmanje jedan usisni vod i najmanje jedan ispusni vod međusobno povezani;

pri čemu ta turbina obuhvata usisna sredstva izvedena za stvaranje struje fluida iz najmanje jednog usisnog voda u najmanje jedan ispusni vod, gde pomenuta najmanje jedna lopatica poželjno obuhvata prvo spoljašnje lice i drugo spoljašnje lice, nasuprot prvog spoljašnjeg lica;

pri čemu su pomenuti najmanje jedan usisni otvor i pomenuti najmanje jedan ispusni otvor poželjno na pomenutom prvom spoljašnjem licu;

i pri čemu su pomenuti najmanje jedan usisni otvor i pomenuti najmanje jedan ispusni otvor poželjno okrenuti jedan prema drugom.

[0010] Poželjno se, konkretno obezbeđivanjem toga da pomenuti najmanje jedan usisni otvor i pomenuti najmanje jedan ispusni otvor budu na istom spoljašnjem licu lopatice i da budu okrenuti jedan prema drugom, naročito optimizuje povećanje cirkulacije fluida oko najmanje dela aeroprofila čime se omogućava značajno povećanje uzgona i značajno smanjenje aerodinamičkog otpora lopatice.

[0011] U svim načinima ostvarivanja, turbina opciono obuhvata sredstva za klimatizaciju izvedena da zagrevaju i/ili rashlađuju fluid koji prelazi preko pomenute najmanje jedne lopatice. Određenije, pomenuti najmanje jedan usisni otvor i pomenuti najmanje jedan ispusni otvor su međusobno odvojeni.

[0012] Usisni otvor je poželjno bliže izlaznoj ivici najmanje jedne lopatice, a dalje od napadne ivice; dok je ispusni otvor bliže napadnoj ivici, a dalje od izlazne ivice ili obratno.

[0013] Na primer, usisni otvor može suštinski biti na izlaznoj ivici, dok ispusni otvor može suštinski biti na napadnoj ivici ili obratno.

[0014] U svim načinima ostvarivanja, turbina opciono obuhvata kontrolni sistem koji je konfigurisan za upravljanje napajanjem usisnih sredstava i/ili sredstava za klimatizaciju (ukoliko postoje) u skladu sa jednom fizičkom veličinom koja je u korelaciji sa radom turbine ili više njih.

[0015] Pokretanjem usisnih sredstava poželjno se uspostavlja najmanje jedna struja fluida na površini lopatice.

[0016] Određenije, struja fluida, npr. vazduha, izlazi kroz ispusni otvor, pri čemu ta struja fluida može predstavljati struju bez prekida ili sa njima u skladu sa statusom pokretanja (UKLJUČENA/ISKLJUČENA) usisnih sredstava.

[0017] Fluid se istovremeno uvlači kroz usisni otvor, pri čemu taj fluid prvenstveno ulazi u usisni vod pa se zatim prenosi u ispusni vod, kroz koji fluid izlazi.

[0018] Usisna sredstva mogu predstavljati na primer, pumpu, kompresor ili ventilator. Usisna sredstva su izvedena da povećavaju pritisak i/ili brzinu dolazne struje i da je prenesu u ispusni vod.

[0019] Turbina, određenije lopatica, poželjno se konfiguriše tako da količina masenog protoka koji se izduvava kroz ispusni otvor bude jednaka ili suštinski jednaka količini masenog protoka koji se usisava kroz usisni otvor.

[0020] Najmanje jedna struja fluida koja se stvara na površini lopatice omogućava promenu graničnog sloja na površini lopatice.

[0021] Određenije, ovaj pronalazak poželjno omogućava dobijanje aktivne kontrole graničnog sloja.

[0022] Detaljnije, „aktivna kontrolaˮ znači da se promena ili kontrola graničnog sloja može dobiti kako aktiviranjem i deaktiviranjem usisnih sredstava spram potreba tako i podešavanjem struje koju stvaraju usisna sredstva, na primer od minimuma u kom su ventilaciona sredstva ISKLJUČENA do maksimuma koji odgovara maksimalnoj struji koja se može dobiti pomoću usisnih sredstava, te opciono podešavanjem količine toplote koja se dodaje ili oduzima sredstvima za klimatizaciju (ukoliko postoje), na primer od minimuma u kom su sredstva za klimatizaciju ISKLJUČENA do maksimuma koji odgovara maksimalnoj ili minimalnoj temperaturi koju materijali koji obrazuju lopaticu mogu trpeti.

[0023] Ovaj pronalazak omogućava značajno povećanje uzgona i značajno smanjenje aerodinamičkog otpora lopatice (koja se naziva i aeroprofilom) povećanjem cirkulacije fluida oko najmanje dela aeroprofila i odlaganjem gubitka aerodinamičke sile uzgona.

[0024] Određenije, ovaj pronalazak omogućava povećanje maksimalne vrednosti koeficijenta uzgona (CL) aeroprofila, čak i preko teorijske granice. To se povećanje može dobiti konkretno zbog odlaganja gubitka uzgona na većim napadnim uglovima. Maksimalni CL(CL,max) koji se može dobiti poželjno može prevazići granicu Smitove teorije prema kojoj aeroprofil uronjen u struju sa nestišljivim potencijalom stvara CL,max= π(1 t/c) na napadnom uglu jednakom 90°, pri čemu t predstavlja debljinu aeroprofila, a c predstavlja tetivu pomenutog aeroprofila.

[0025] Štaviše, ovaj pronalazak omogućava i smanjivanje minimalne vrednosti koeficijenta otpora (CD). Određenije, najmanje jedna struja koja se stvara na površini lopatice izaziva potisak unapred čime se suprotstavlja sili trenja čak do dobijanja negativnog CD.

[0026] Najmanje jedna lopatica poželjno obuhvata veći broj pomenutih usisnih vodova, koji su međusobno razdvojeni, pri čemu je svaki izveden sa najmanje jednim odgovarajućim usisnim otvorom; i/ili veći broj pomenutih ispusnih vodova, koji su međusobno razdvojeni, pri čemu je svaki izveden sa najmanje jednim odgovarajućim ispusnim otvorom;

u kojoj je svaki usisni vod povezan sa najmanje jednim ispusnim vodom;

i u kojoj su obezbeđena usisna sredstva izvedena za stvaranje struje fluida iz svakog usisnog voda u najmanje jedan ispusni vod koji je povezan sa njim.

[0027] Najmanje jedan usisni vod iz pomenutog većeg broja usisnih vodova poželjno je povezan sa dvama ispusnim vodovima iz pomenutog većeg broja ispusnih vodova ili više njih; i/ili su najmanje dva usisna voda iz pomenutog većeg broja usisnih vodova povezana sa istim ispusnim vodom iz pomenutog većeg broja ispusnih vodova.

[0028] Stoga poželjno postoje razdvojeni i nezavisni sistemi uz dužinu lopatice tako da se razni delovi lopatice mogu zasebno kontrolisati.

[0029] U nastavku su naznačene dalje prednosti ovog pronalaska:

- smanjenje površine aeroprofila: povećanje CL-a omogućava smanjivanje površine aeroprofila, u istim uslovima asimptotske brzine fluida i pri istoj brzini obrtanja rotora kako bi se dobio isti impuls na glavčini;

- smanjenje mase lopatice: smanjenje površine aeroprofila dovodi do smanjenja mase lopatice što je jedan od najvećih problema u izradi velikih vetroturbina;

- mogućnost smanjivanja brzine obrtanja: turbina prema ovom pronalasku zahteva manju brzinu obrtanja u odnosu na poznatu turbinu, sa manjim centrifugalnim silama, pri čemu su uslovi asimptotske brzine fluida i ekstrahovane energije jednaki;

- smanjenje buke: zahvaljujući manjoj brzini obrtanja i manjoj površini aeroprofila, vetroturbina prema ovom pronalasku stvara manje buke u odnosu na poznate turbine, pri čemu je ekstrahovana energija jednaka;

- smanjenje ili eliminacija histerezisa krive uzgona aeroprofila: aeroprofil poznate turbine, na primer poznate vetroturbine, koji se podvrgava promenljivom napadnom uglu tokom vremena sa karakterističnom frekvencijom, pokazuje histerezisno ponašanje u krivi uzgona. To znači da se kriva CL- napadni ugao, za prelazak sa ugla α1na ugao α2(pri čemu je α2> α1) razlikuje od krive CL- napadni ugao, za povratak sa ugla α2na ugao α1. Umesto toga, turbina prema ovom pronalasku može smanjiti ili poništiti taj fenomen koji može dovesti do vibracionih problema u turbini;

- smanjenje vibracija povezanih sa turbulencijom i odvajanjem graničnog sloja: turbina prema ovom pronalasku omogućava stabilizaciju graničnog sloja čime se značajno smanjuje rizik od odvajanja graničnog sloja od aeroprofila pa se samim tim smanjuju fluktuacije uzgona i otpora koje naprežu konstrukciju turbine;

- optimizacija pokretanja turbine, na primer vetroturbine: nekada je poznatoj vetroturbini potreban elektropokretač kako bi započela obrtanje. Nasuprot tome, turbina, na primer vetroturbina, prema ovom pronalasku može započeti obrtanje čak i sa veoma niskom ili nultom brzinom vetra aktiviranjem usisnih sredstava čime se otklanja potreba za snažnim elektropokretačem. Naime, povećanje uzgona izaziva povećanje impulsa na glavčini turbine i samim tim prouzrokuje smanjenje minimalne brzine vetra koja je neophodna za pokretanje turbine, na primer vetroturbine. Štaviše, mlaz vazduha koji se stvara na površini najmanje jedne lopatice obezbeđuje potisak unapred, čak i sa asimptotskom brzinom fluida jednakom nuli. Dakle, postavljanjem lopatica pod prikladnim uglom, obrtanje se može preneti na turbinu, npr. vetroturbinu, prema ovom pronalasku, čak i bez vetra;

- poboljšanje performansi u različitim uslovima u pogledu maksimalne efikasnosti turbine, npr. vetroturbine. Poznate turbine, npr. vetroturbine, konstruisane su da imaju samo jednu tačku sa maksimalnom efikasnošću ekstrakcije snage vetra. Ta tačka podrazumeva brzine vetra i obrtanja koje su prethodno podešene geometrijom rotora, pri čemu je efikasnost ekstrakcije izvan te tačke niža. Nasuprot tome, turbina, na primer vetroturbina, prema ovom pronalasku omogućava poboljšavanje performansi, određenije omogućava ekstrahovanje više energije, čak i izvan tačke sa maksimalnom efikasnošću, u odnosu na poznate turbine, npr. vetroturbine. Na primer, aerodinamičke karakteristike aeroprofila mogu se radikalno promeniti regulacijom snage usisnih sredstava i/ili sredstava za klimatizaciju, na primer pomoću kontrolnog sistema. Određenije, pri promenljivim uslovima vetra moguće je tražiti stanje maksimalnog ekstrahovanja energije vetra variranjem brzine obrtanja, ugla propinjanja lopatica (ili napadnog ugla) i snage usisnih sredstava i/ili sredstava za klimatizaciju, ukoliko postoje.

[0030] Dalje karakteristike i prednosti ovog pronalaska biće jasnije nakon čitanja detaljnog opisa načina ostvarivanja koji nisu isključivi.

[0031] Zavisni patentni zahtevi opisuju naročite načine ostvarivanja ovog pronalaska.

Kratak opis nacrta

[0032] U opisu ovog pronalaska poziva se na pridruženi nacrt, koji je obezbeđen neograničavajućeg primera radi, u kom:

Fig.1 prikazuje deo turbine prema prvom načinu ostvarivanja ovog pronalaska u izgledu odozgo; Fig.2 prikazuje uvećani detalj sa Fig.1;

Fig.3 prikazuje izgled preseka A-A turbine sa Fig.1;

Fig.4 prikazuje aksonometrijski izgled preseka dela turbine sa Fig.1, pri čemu su određeni unutrašnji delovi vidljivi;

Fig.5 prikazuje presek dela turbine sa Fig.1 u izgledu odozgo;

Fig.6 prikazuje uvećani detalj sa Fig.5, određenije presek B-B naznačen na Fig.3;

Fig.7 prikazuje presek dela turbine prema drugom načinu ostvarivanja u izgledu odozgo;

Fig.8 prikazuje uvećani detalj sa Fig.7;

Fig.9 prikazuje aksonometrijski izgled preseka dela turbine sa Fig.7, pri čemu su određeni unutrašnji delovi vidljivi;

Fig.10 prikazuje aksonometrijski izgled preseka dela turbine prema trećem načinu ostvarivanja; Fig.11 prikazuje aksonometrijski izgled preseka dela turbine sa Fig.10, pri čemu su određeni unutrašnji delovi vidljivi;

Fig.12 prikazuje aksonometrijski izgled preseka dela turbine prema četvrtom načinu ostvarivanja, pri čemu su određeni unutrašnji delovi vidljivi;

Fig.13 prikazuje aksonometrijski izgled dela turbine prema petom načinu ostvarivanja;

Fig.14 šematski prikazuje naročiti primer komponente turbine prema ovom pronalasku;

Fig.15 prikazuje dijagram primera postupka za upravljanje turbinom prema ovom pronalasku.

[0033] Isti elementi ili komponente ili uzajamno slični elementi ili komponente imaju istu pozivnu oznaku.

Opis načina ostvarivanja pronalaska

[0034] U svim načinima ostvarivanja, turbina prema ovom pronalasku obuhvata najmanje jednu lopaticu 1 koja poželjno definiše podužnu osu X i ta lopatica 1 obuhvata najmanje jedan usisni vod 11 unutar lopatice 1, sa najmanje jednim usisnim otvorom 13 za fluid u koji je najmanje jedna lopatica 1 uronjena; i najmanje jedan ispusni vod 12 unutar lopatice 1, sa najmanje jednim ispusnim otvorom 14 za taj fluid. Lopatica je označena i pozivnim oznakama 101, 201, 301 i 401, dok je podužna osa lopatice označena i oznakom X'.

[0035] Usisni vod 11 i ispusni vod 12 su međusobno povezani. Određenije, usisni vod 11 i ispusni vod 12 su međusobno povezani kako bi fluid mogao prolaziti iz usisnog voda 11 u ispusni vod 12.

[0036] Turbina obuhvata sredstva, određenije usisna sredstva 21, izvedena za stvaranje struje fluida iz usisnog voda 11 u ispusni vod 12.

[0037] Određenije, usisna sredstva 21 su postavljena tako da stvaraju struju fluida koja ulazi kroz usisni otvor 13, prolazi kroz usisni vod 11, prolazi kroz ispusni vod 12 i izlazi kroz ispusni otvor 14, tim redom, kao što je šematski prikazano na Fig.1, 2, 3, 4, 5, 6, 10 i 12.

[0038] Usisna sredstva 21 poželjno obuhvataju jedan usisni uređaj ili više njih za svaki par usisnog i ispusnog voda kojim je lopatica 1 opremljena.

[0039] Svaki usisni uređaj poželjno predstavlja ili obuhvata kompresor ili pumpu ili ventilator ili drugi sličan uređaj. Usisni uređaj obično, ali ne isključivo, obuhvata usisni otvor, kroz koji fluid može ulaziti, i ispusni otvor, kroz koji fluid može izlaziti.

[0040] Usisna sredstva 21 poželjno su smeštena unutar lopatice 1 i/ili u konstrukciju turbine koja se razlikuje od lopatice 1, na primer vratilu ili glavčini ili stubu, kao što je dalje opisano u nastavku.

[0041] Ispusni otvor 14 poželjno je izveden spreda u odnosu na smer obrtanja lopatice 1, dok je usisni otvor 13 izveden straga u odnosu na smer obrtanja lopatice 1.

[0042] Ispusni vod 12 poželjno je smešten spreda u odnosu na smer obrtanja lopatice 1, dok je usisni vod 11 smešten straga u odnosu na smer obrtanja lopatice 1.

[0043] Usisni vod ili kanal 11 i ispusni vod ili kanal 12 poželjno su ograničeni odgovarajućim unutrašnjim zidom lopatice 1 i prostiru se u lopaticu 1 najmanje delimično, na primer u potpunosti.

[0044] Kao što je prikazano na primer na Fig.3, unutrašnji zid lopatice 1 koji ograničava usisni vod 11 poželjno obuhvata zakrivljeni deo 153, sa udubljenjem koje je poželjno okrenuto ka unutrašnjosti lopatice 1, poželjno prema podužnoj osi X lopatice 1. Slično tome, poželjno je da unutrašnji zid koji ograničava ispusni vod 12 obuhvata zakrivljeni deo 163, sa udubljenjem koje je poželjno okrenuto ka unutrašnjosti lopatice 1, poželjno prema podužnoj osi X lopatice 1.

[0045] Uz naročito pozivanje na Fig.4 do 9, usisni vod 11 poželjno obuhvata deo 111 koji je povezan sa delom 112 ispusnog voda 12. U jednom načinu ostvarivanja, pomenuti delovi voda označeni su i pozivnim oznakama 311 i 312.

[0046] Treba zapaziti da usisni vod 11 i ispusni vod 12 mogu biti međusobno povezani u nekoliko različitih oblasti. Na primer, mogu biti obezbeđena dva dela 111 ili više njih i poželjno odgovarajući broj delova 112, kao što je prikazano na Fig.7 i 8.

[0047] Primera radi, svaki deo 111 može biti povezan sa odgovarajućim delom 112 pomoću usisnih sredstava 21; ili svaki deo 111 i odgovarajući deo 112 mogu biti međusobno povezani kako bi obrazovali na primer, jedan deo voda pa usisna sredstva 21 mogu biti smeštena u delu voda kog obrazuju svaki deo 111 i odgovarajući deo 112. Treba zapaziti da usisni vod 11 i ispusni vod 12 mogu biti i direktno međusobno povezani pomoću usisnih sredstava 21, određenije bez delova 111, 112.

[0048] Veza između jednog usisnog voda 11 ili više njih i jednog ispusnog voda 12 ili više njih može se dobiti i pomoću drugih postupaka koje stručnjak iz ove oblasti može lako utvrditi nakon čitanja ovog opisa. Na primer, dva usisna voda 11 mogu se povezati pomoću dvaju ili više delova 111 sa istim usisnim uređajem 21, pri čemu je potonji u vezi sa jednim delom 112 ili više njih jednog ispusnog voda 12 ili više njih.

[0049] Delovi 111, 112 su poželjno unutar lopatice 1, kao što je prikazano na Fig.4, 6, 8 i 9; ili delovi 311, 312 mogu biti izvan lopatice 301 (Fig.12).

[0050] Delovi 111, 112 poželjno se prostiru poprečno, npr. ortogonalno, u odnosu na podužnu osu X lopatice 1.

[0051] Svaki deo 111 poželjno se prostire poprečno u odnosu na preostali deo usisnog voda 11 i svaki deo 112 prostire se poprečno u odnosu na preostali deo ispusnog voda 12.

[0052] Lopatica 1 poželjno obuhvata prvo spoljašnje lice 18 i drugo spoljašnje lice 19, nasuprot prvom spoljašnjem licu 18.

[0053] Prvo spoljašnje lice 18 i drugo spoljašnje lice 19 poželjno predstavljaju dva lica koja imaju najveće površinsko prostiranje na lopatici 1.

[0054] Prvo spoljašnje lice 18 na primer predstavlja gornjaku lopatice 1, dok drugo spoljašnje lice 19 na primer predstavlja donjaku lopatice 1.

[0055] Usisni otvor 13 je poželjno na prvom spoljašnjem licu 18 ili na drugom spoljašnjem licu 19; a ispusni otvor 14 je na prvom spoljašnjem licu 18 ili na drugom spoljašnjem licu 19.

[0056] Usisni otvor 13 i ispusni otvor 14 poželjno su na istom spoljašnjem licu, na primer na prvom spoljašnjem licu 18, kao što je prikazano na Fig.1, 2, 3, 4, 9, 10, 11, 12 i 13 ili na drugom spoljašnjem licu 19.

[0057] Usisni otvor 13 i ispusni otvor 14 poželjno su međusobno naspramni u odnosu na osu koju definiše lopatica 1, pri čemu pomenuta osa poželjno predstavlja podužnu osu X lopatice 1. Kada je obezbeđeno više od jednog usisnog otvora 13 i više od jednog ispusnog otvora 14, svaki usisni otvor 13 poželjno je naspram odgovarajućeg ispusnog otvora 14, određenije u odnosu na osu koju definiše lopatica 1, pri čemu pomenuta osa poželjno predstavlja podužnu osu X lopatice 1.

[0058] Određenije, usisni otvor 13 i ispusni otvor 14 poželjno su okrenuti jedan prema drugom. Kada je obezbeđeno više od jednog usisnog otvora 13 i više od jednog ispusnog otvora 14, svaki usisni otvor 13 okrenut je prema odgovarajućem ispusnom otvoru 14.

[0059] Uz naročito pozivanje na Fig.3, usisni otvor 13 je poželjno delimično ograničen prvim spoljašnjim licem 18 (ili drugim spoljašnjim licem 19) i delimično krajem 152 (ili krajnjom ivicom) bočnog dela 15 lopatice 1. Kraj 152 je okrenut prema prvom spoljašnjem licu 18 i odmaknut je od njega.

[0060] Razmak „d1ˮ, određenije minimalni razmak između prvog spoljašnjeg lica 18 i kraja 152, poželjno iznosi između 0,1% i 10% dužine tetive aeroprofila, što je definisano u nastavku.

[0061] Ispusni otvor 14 poželjno je delimično ograničen prvim spoljašnjim licem 18 (ili drugim spoljašnjim licem 19) i delimično krajem 162 (ili krajnjom ivicom) drugog bočnog dela 16 lopatice 1. Kraj 162 je okrenut prema prvom spoljašnjem licu 18 i odmaknut je od njega.

[0062] Razmak „d2ˮ, određenije minimalni razmak između prvog spoljašnjeg lica 18 i kraja 162, poželjno iznosi između 0,1% i 10% dužine tetive aeroprofila. Razmak d1 poželjno je veći od razmaka d2 ili mu je jednak.

[0063] Usisni otvor 13 i ispusni otvor 14 poželjno suštinski predstavljaju proreze.

[0064] Dužina usisnog otvora 13 duž podužne ose X poželjno je veća, poželjno mnogo veća, od razmaka d1; dok je dužina ispusnog otvora 14 duž podužne osa X veća, poželjno mnogo veća, od razmaka d2.

[0065] Usisni otvor 13 i ispusni otvor 14 poželjno se suštinski prostiru po čitavoj dužini lopatice 1 ili po njenom delu.

[0066] Podužni krajevi lopatice 1 poželjno su zatvoreni, određenije nemaju otvore.

[0067] Bočni deo 15 i bočni deo 16 lopatice 1 su međusobni naspramni, na primer naspramni podužnoj osi X.

[0068] Bočni deo 15 obuhvata spoljašnju bočnu ivicu 151, a bočni deo 16 obuhvata spoljašnju bočnu ivicu 161. Bočna ivica 161 naspramna je bočnoj ivici 151, na primer naspramna podužnoj osi X.

[0069] Spoljašnja bočna ivica 161 poželjno se naziva „napadnom ivicomˮ, dok se spoljašnja bočna ivica 151 naziva „izlaznom ivicomˮ.

[0070] Minimalni razmak između napadne ivice 161 i izlazne ivice 151 naziva se „tetivom aeroprofilaˮ ili „tetivomˮ.

[0071] Napadna ivica 161 i izlazna ivica 151 redom su raspoređene spreda i straga u odnosu na smer obrtanja lopatice 1.

[0072] Usisni otvor 13 i ispusni otvor 14 poželjno su izvedeni između napadne ivice 161 i izlazne ivice 151.

[0073] Usisni otvor 13 poželjno je bliže izlaznoj ivici 151, a dalje od napadne ivice 161; dok je ispusni otvor 14 bliže napadnoj ivici 161, a dalje od izlazne ivice 151.

[0074] Usisni otvor 13 poželjno je izveden na odstojanju od izlazne ivice 151 koje iznosi između 25% i 90% dužine tetive.

[0075] Ispusni otvor 14 poželjno je izveden na odstojanju od napadne ivice 161 koje iznosi manje od ili tačno 80% dužine tetive.

[0076] Usisni otvor 13 opciono može imati jedan otvor ili više njih. Drugim rečima, mogu se obezbediti dva odvojena usisna otvora koja komuniciraju sa istim usisnim vodom 11 ili više njih.

[0077] Slično tome, ispusni otvor 14 opciono može imati jedan otvor ili više njih. Drugim rečima, mogu se obezbediti dva odvojena ispusna otvora koja komuniciraju sa istim ispusnim vodom 12 ili više njih.

[0078] Treba zapaziti da turbina može obuhvatati i više od jedne lopatice 1 sa goreopisanim karakteristikama.

[0079] Određenije, poželjno je da lopatice 1 budu međusobno jednake ili suštinski jednake.

[0080] U svim načinima ostvarivanja, vazduh je poželjno fluid u koji je lopatica 1 uronjena, tj. koji okružuje lopaticu 1. Turbina može na primer biti vetroturbina.

[0081] Alternativno, fluid u koji je lopatica 1 uronjena može biti tečnost, npr. voda. Turbina može biti vodena turbina, na primer.

[0082] U prvom naročitom načinu ostvarivanja prikazanom na Fig.1 do 6, turbina poželjno obuhvata tri lopatice 1 pričvršćene za istu glavčinu 41 izvedenu za obrtanje oko ose obrtanja.

[0083] Osa obrtanja je poželjno poprečna, poželjno ortogonalna, na podužnu osu X svake lopatice 1.

[0084] Podužne ose X svake lopatice 1 poželjno su međusobno raspoređene na oko 120 °.

[0085] Svaka lopatica 1 poželjno obuhvata usisni vod 11 izveden sa usisnim otvorom 13 i ispusni vod 12 izveden sa ispusnim otvorom 14.

[0086] Deo 111 usisnog voda 11 povezan je sa delom 112 ispusnog voda 12.

[0087] Deo 111 i deo 112 mogu biti međusobno povezani u skladu sa goreopisanim postupcima; određenije, deo 111 može biti povezan sa delom 112 pomoću usisnih sredstava 21; ili deo 111 i deo 112 mogu biti međusobno povezani kako bi obrazovali na primer, jedan deo voda pa usisna sredstva 21 mogu biti smeštena u delu voda kog obrazuju deo 111 i deo 112.

[0088] Delovi 111, 112 prostiru se u odgovarajuću lopaticu 1 a usisna sredstva 21 su smeštena u odgovarajuću lopaticu 1.

[0089] U drugom naročitom načinu ostvarivanja prikazanom na Fig.7 do 9, svaka lopatica 101 obuhvata veći broj pomenutih usisnih vodova 11, koji su međusobno razdvojeni, pri čemu je svaki izveden sa najmanje jednim odgovarajućim usisnim otvorom 13; i veći broj pomenutih ispusnih vodova 12, koji su međusobno razdvojeni, pri čemu je svaki izveden sa najmanje jednim odgovarajućim ispusnim otvorom 14.

[0090] Određenije, svaki par usisnog i ispusnog voda je nezavisan od drugih a parovi su međusobno razdvojeni pomoću jednog pregradnog zida 122 ili više njih.

[0091] Svaki usisni vod 11 povezan je sa odgovarajućim ispusnim vodom 12.

[0092] U lopatici 101 obezbeđena su usisna sredstva 21 izvedena za stvaranje struje fluida iz svakog usisnog voda 11 u svaki ispusni vod 12. Određenije, obezbeđena su usisna sredstva 21 za svaki par usisnog i ispusnog voda.

[0093] U prvom i drugom načinu ostvarivanja, turbina je poželjno turbina sa horizontalnom osom.

[0094] Treći naročiti način ostvarivanja (Fig.10 i 11) prikazuje primer turbine sa vertikalnom osom.

[0095] Turbina određenije obuhvata vratilo 51 izvedeno da se obrće oko ose R obrtanja, određenije vertikalne ose obrtanja, poželjno ortogonalne na pravac asimptotske brzine fluida.

[0096] Turbina obuhvata najmanje jednu lopaticu 201 integralno pričvršćenu za vratilo 51 pomoću krakova 52, 53, dva kraka na primer.

[0097] Podužna osa X' lopatice 201 je paralelna ili suštinski paralelna sa osom obrtanja R.

[0098] Usisni vod 11 i ispusni vod 12 poželjno su međusobno povezani, određenije direktno povezani, pomoću usisnih sredstava 21. Treba zapaziti da su goreopisani poprečni delovi 111, 112 opcioni.

[0099] Usisna sredstva 21 smeštena su u lopaticu 201, određenije između usisnog voda 11 i ispusnog voda 21.

[0100] Četvrti način ostvarivanja (Fig.12) prikazuje drugi primer turbine sa vertikalnom osom, u kom je podužna osa X' lopatice 301 paralelna ili suštinski paralelna sa osom obrtanja.

[0101] U tom su slučaju, za razliku od trećeg načina ostvarivanja, usisna sredstva 21 smeštena u konstrukciju turbine koja je različita od lopatice 301.

[0102] Usisna sredstva 21 određenije su smeštena u vratilu 71, koje je izvedeno za obrtanje oko ose R obrtanja, za koje je lopatica 301 pričvršćena pomoću krakova 72, 73. Na primer, usisna sredstva 21 mogu se smestiti u kućište 75 koje je poželjno postavljeno na osnovu vratila 71.

[0103] U tom načinu ostvarivanja, usisna sredstva 21 poželjno obuhvataju usisni uređaj koji predstavlja ili obuhvata kompresor ili pumpu. Usisni uređaj obuhvata usisni otvor, kroz koji fluid može ulaziti, i ispusni otvor, kroz koji fluid može izlaziti.

[0104] Samo primera radi, može se obezbediti deo 311 usisnog voda 11 koji se prostire u jedan od krakova 73 i u vratilo 71 sve dok ne dosegne usisna sredstva 21. Deo 311 je povezan sa usisnim otvorom usisnih sredstava 21.

[0105] Slično tome, može se obezbediti deo 312 ispusnog voda 12 koji se prostire u krak 73 i u vratilo 71 sve dok dosegne usisna sredstva 21. Deo 312 je povezan sa ispusnim otvorom usisnih sredstava 21.

[0106] Na taj način, kao u drugim načinima ostvarivanja, usisna sredstva 21 mogu stvarati struju fluida iz usisnog voda 11 u ispusni vod 12.

[0107] Fig.13 prikazuje drugi primer turbine sa vertikalnom osom. Sa izuzetkom oblika, tj. geometrije, lopatice 401, ostale karakteristike turbine mogu biti jednake ili suštinski jednake karakteristikama trećeg ili četvrtog načina ostvarivanja. Određenije, ovaj primer je obezbeđen kako bi stručnjaku iz ove oblasti pokazao da je ovaj pronalazak primenljiv na razne oblike lopatice ili lopatica turbine.

[0108] U svim načinima ostvarivanja, turbina opciono obuhvata sredstva 211 za klimatizaciju (Fig.14) izvedena da zagrevaju i/ili rashlađuju fluid koji prelazi preko pomenute najmanje jedne lopatice 1, određenije iz usisnog voda 11 u ispusni vod 12.

[0109] Određenije, sredstva 211 za klimatizaciju izvedena su da povise i/ili snize ukupnu temperaturu fluida.

[0110] Sredstva 211 za klimatizaciju mogu na primer obuhvatati električni otpornik, izmenjivač toplote ili gorionik.

[0111] Na primer, mogu se obezbediti grejna sredstva kao što su na primer, električni otpornik, izmenjivač toplote ili gorionik i/ili se mogu obezbediti rashladna sredstva kao što je na primer izmenjivač toplote.

[0112] Sredstva 211 za klimatizaciju smeštena su u turbinu, poželjno u lopaticu 1.

[0113] Sredstva 211 za klimatizaciju mogu na primer biti integrisana u usisna sredstva 21', kao što je šematski prikazano na primer na Fig.14 ili mogu biti smeštena redno u odnosu na usisna sredstva, određenije pre ili posle usisnih sredstava u odnosu na smer strujanja fluida iz najmanje jednog usisnog voda 11 u najmanje jedan ispusni vod 12; ili paralelno u odnosu na usisna sredstva 21'.

[0114] U svim načinima ostvarivanja, turbina opciono obuhvata kontrolni sistem konfigurisan za upravljanje napajanjem usisnih sredstava i/ili sredstava za klimatizaciju (ukoliko postoje) u skladu sa jednom fizičkom veličinom povezanom sa radom turbine ili više njih.

[0115] Pomenute fizičke veličine mogu biti, samo neograničavajućeg primera radi, brzina vetra i/ili smer vetra i/ili energija koju stvara turbina i/ili podešavanje propinjanja lopatice i/ili atmosferski pritisak i/ili atmosferska temperatura i/ili položaj rotora i/ili brzina obrtanja rotora i/ili druge merljive veličine koje se koriste pri utvrđivanju statusa turbine i vetra.

[0116] U skladu sa tim merenjima, postupak za upravljanje uspostavlja adekvatnu kontrolu usisnih sredstava i/ili sredstava za klimatizaciju.

[0117] Uz pozivanje na Fig.15, u nastavku je opisan primer postupka za upravljanje turbinom prema ovom pronalasku pomoću pomenutog postupka za upravljanje.

[0118] Postupak za upravljanje obuhvata faze:

a) merenja uslova rada turbine, određenije merenja jedne gorepomenute fizičke veličine ili više njih (blok 15a);

b) utvrđivanja napajanja za usisna sredstva i/ili sredstva za klimatizaciju (ukoliko postoje) u skladu sa jednom gorepomenutom izmerenom fizičkom veličinom ili više njih (blok 15b). Ta se funkcija može na primer, skladištiti u autonomnom sistemu za kontrolu izolovane lopatice ili čitave turbine ili u spoljašnjem sistemu, na primer kontroleru koji može istovremeno slati naredbe raznim turbinama.

[0119] Količina napajanja može se utvrditi a priori po uzoru na rezultate ranije izvedenih ispitivanja ili simulacija ili može biti funkcionalna za postizanje jednog merljivog cilja ili više njih, na primer energije turbine, potiska rotora, vibracija rotora, itd. Neograničavajućeg primera radi, kontrolna funkcija može obezbediti algoritam sa ciljem za dovođenje energije koju turbina stvara na maksimum variranjem napajanja dok se ne dostigne maksimalna vrednost i stabilizacija. Ta kontrola poželjno može imati cilj da svede oscilacije lopatice na minimum kako bi se smanjilo oštećenje konstrukcije koje prouzrokuje zamor i produžio život lopatice.

[0120] Nakon faze b), tj. nakon utvrđivanja količine napajanja, u fazi c) se usisna sredstva i/ili sredstva za klimatizaciju mogu prikladno napajati (blok 15c).

[0121] Nakon faze c), ciklus se, posle prethodno određenog vremenskog perioda, poželjno ponovo izvodi počevši od faze a).

Claims (15)

Patentni zahtevi

1. Turbina koja obuhvata najmanje jednu lopaticu (1), pri čemu ta najmanje jedna lopatica (1) obuhvata

- najmanje jedan usisni vod (11) u lopatici (1), sa najmanje jednim usisnim otvorom (13) za fluid u koji se najmanje jedna lopatica (1) može uroniti;

- najmanje jedan ispusni vod (12) u lopatici (1), sa najmanje jednim ispusnim otvorom (14) za taj fluid;

pri čemu su najmanje jedan usisni vod (11) i najmanje jedan ispusni vod (12) međusobno povezani;

pri čemu ta turbina obuhvata usisna sredstva (21) izvedena za stvaranje struje fluida iz najmanje jednog usisnog voda (11) u najmanje jedan ispusni vod (12); gde pomenuta najmanje jedna lopatica (1) obuhvata prvo spoljašnje lice (18) i drugo spoljašnje lice (19), nasuprot prvom spoljašnjem licu (18);

naznačena time, što su

pomenuti najmanje jedan usisni otvor (13) i pomenuti najmanje jedan ispusni otvor (14) na pomenutom prvom spoljašnjem licu (18);

i pomenuti najmanje jedan usisni otvor (13) i pomenuti najmanje jedan ispusni otvor (14) okrenuti jedan prema drugom.

2. Turbina prema zahtevu 1, u kojoj su pomenuti najmanje jedan usisni otvor (13) i pomenuti najmanje jedan ispusni otvor (14) međusobno naspramni u odnosu na osu koju definiše najmanje jedna lopatica (1).

3. Turbina prema zahtevu 2, u kojoj pomenuta osa predstavlja podužnu osu (X) najmanje jedne lopatice (1).

4. Turbina prema bilo kom od prethodnih zahteva, u kojoj najmanje jedna lopatica (1) obuhvata veći broj pomenutih usisnih vodova (11), koji su međusobno različiti, pri čemu je svaki izveden sa najmanje jednim odgovarajućim usisnim otvorom (13); i/ili veći broj pomenutih ispusnih vodova (12), koji su međusobno različiti, pri čemu je svaki izveden sa najmanje jednim odgovarajućim ispusnim otvorom (14);

u kojoj je svaki usisni vod (11) povezan sa najmanje jednim ispusnim vodom (12);

i u kojoj su obezbeđena usisna sredstva (21) izvedena za stvaranje struje fluida iz svakog usisnog voda (11) u najmanje jedan ispusni vod (12) koji je povezan sa njim.

5. Turbina prema zahtevu 4, u kojoj je najmanje jedan usisni vod (11) iz pomenutog većeg broja usisnih vodova (11) povezan sa dvama ispusnim vodovima (12) ili više njih iz pomenutog većeg broja ispusnih vodova (12); i/ili su najmanje dva usisna voda (11) iz pomenutog većeg broja usisnih vodova (11) povezana sa istim ispusnim vodom (12) iz pomenutog većeg broja ispusnih vodova (12).

6. Turbina prema bilo kom od prethodnih zahteva, u kojoj pomenuta usisna sredstva (21) obuhvataju jedan usisni uređaj ili više njih.

7. Turbina prema zahtevu 6, u kojoj pomenuta usisna sredstva (21) obuhvataju jedan usisni uređaj ili više njih za svaki par usisnog voda (11) i ispusnog voda (12).

8. Turbina prema zahtevu 6 ili 7, u kojoj svaki usisni uređaj obuhvata kompresor ili pumpu ili ventilator ili se sastoji od njih.

9. Turbina prema bilo kom od prethodnih zahteva, u kojoj su pomenuta usisna sredstva (21) smeštena u pomenutu najmanje jednu lopaticu (1) i/ili u konstrukciju trubine koja se razlikuje od najmanje jedne lopatice (1).

10. Turbina prema zahtevu 9, koja obuhvata vratilo (71) izvedeno za obrtanje oko ose (R) obrtanja; u kojoj je pomenuta najmanje jedna lopatica (1) pričvršćena za pomenuto vratilo (71).

11. Turbina prema zahtevu 10, u kojoj pomenuta konstrukcija predstavlja pomenuto vratilo (71) ili glavčinu (41) za koju je pričvršćena najmanje jedna lopatica (1).

12. Turbina prema bilo kom od prethodnih zahteva, u kojoj je izveden veći broj usisnih otvora (13) za svaki usisni vod (11) i/ili veći broj ispusnih otvora (14) za svaki ispusni vod (12).

13. Turbina prema bilo kom od prethodnih zahteva, pri čemu je to turbina sa vertikalnom osom obrtanja ili horizontalnom osom obrtanja.

14. Turbina prema bilo kom od prethodnih zahteva, koja obuhvata sredstva za klimatizaciju izvedena da zagrevaju i/ili rashlađuju fluid koji prelazi preko pomenute najmanje jedne lopatice (1).

15. Turbina prema bilo kom od prethodnih zahteva, koja obuhvata veći broj lopatica (1).