PL B1. ANEW INSTITUTE SPÓŁKA Z OGRANICZONĄ ODPOWIEDZIALNOŚCIĄ, Kraków, PL BUP 22/14. ANATOLIY NAUMENKO, Kraków, PL

Transkrypt

1 PL B1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (21) Numer zgłoszenia: (22) Data zgłoszenia: (51) Int.Cl. F03D 3/00 ( ) F03D 11/04 ( ) F16D 49/00 ( ) (54) Hamulec turbiny wiatrowej o pionowej osi obrotu (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 22/14 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 07/16 (73) Uprawniony z patentu: ANEW INSTITUTE SPÓŁKA Z OGRANICZONĄ ODPOWIEDZIALNOŚCIĄ, Kraków, PL (72) Twórca(y) wynalazku: ANATOLIY NAUMENKO, Kraków, PL (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Wojciech Tabor

2 2 PL 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 , US oraz w polskim opisie wynalazku P 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 środkowego. W rozwiązaniu P 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 i KR 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 kinematycz-

3 PL B1 3 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. 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, łożyskowanych 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).

4 4 PL B1 Rysunki

5 PL B1 5

6 6 PL B1 Departament Wydawnictw UPRP Cena 2,46 zł (w tym 23% VAT)