Turbina wiatrowa. (73) Uprawniony z patentu: (43) Zgłoszenie ogłoszono: Kaczorowski Romuald, Gdynia-Orłowo, PL

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (21) Numer zgłoszenia: (22) Data zgłoszenia: (51) IntCl5: F03D 3/00 (54) Turbina wiatrowa (73) Uprawniony z patentu: (43) Zgłoszenie ogłoszono: Kaczorowski Romuald, Gdynia-Orłowo, PL BUP 05/90 (72) Twórcy wynalazku: (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: Romuald Kaczorowski, Gdynia-Orłowo, PL Albert Kaczorowski, Gdynia-Orłowo, PL W UP 06/93 PL B1 (57) 1. Turbina wiatrowa z pionową osią napędową połączoną poprzez rozmieszczone promieniście ramiona z symetrycznie zamocowanymi na ich końcach pionowymi łopatami tworzącymi wirnik, znamienna tym, że każda pionowa łopata (9) osadzona jest na osi (11) dzielącej ją na część czołową o powierzchni (F1) i część ogonową o powierzchni (F2), w których część czołowa i część ogonowa mają jednakowe masy, zaś powierzchnia części ogonowej (F2) jest większa od powierzchni części czołowej (F 1), F2 > F1, przy czym poszczególne pionowe łopaty (9) w węzłach łączących je z ramionami (8) mają mechanizm ograniczającozabezpieczający (10). Fig 1

2 Turbina wiatrowa Zastrzeżenia patentowe 1. Turbina wiatrowa z pionową osią napędową połączoną poprzez rozmieszczone promieniście ramiona z symetrycznie zamocowanymi na ich końcach pionowymi łopatami tworzącymi wirnik,znamienna tym, że każda pionowa łopata (9) osadzona jest na osi (11) dzielącej ją na część czołową o powierzchni (F1) i część ogonową o powierzchni (F 2), w których część czołowa i część ogonowa mają jednakowe masy, zaś powierzchnia części ogonowej (F2) jest większa od powierzchni części czołowej (F1), F2 > F 1, przy czym poszczególne pionowe łopaty (9) w węzłach łączących je z ramionami (8) mają mechanizm ograniczająco-zabezpieczający (10). 2. Turbina według zastrz. 1, znamienna tym, że mechanizm ograniczająco-zabezpieczający (10) zawiera krzywkę (12) z wgłębieniem współpracującym z rolką (13) optymalnego roboczego ustawienia się pionowych łopat (9) i równocześnie zabezpieczenia przeciwawaryjne go pionowych łopat (9). * * * Przedmiotem wynalazku jest turbina wiatrowa z pionową osią obrotu przeznaczoną do napędu urządzeń mechanicznych i generatorów elektrycznych. Znane jest z polskiego opisu patentowego nr rozwiązanie silnika wiatrowego o pionowej osi obrotu zaopatrzonego w co najmniej dwa skrzydła proste równoległe do pionowej osi obrotu, zamocowane na wspornikach z możliwością zmiany kąta ich ustawienia. Oś obrotu skrzydeł względem ramion jest równoległa do osi obrotu silnika, będąc umieszczona na zewnątrz jego profilu po stronie silnika. Płaszczyzna zawierająca tą oś obrotu i środek masy skrzydła jest w przybliżeniu prostopadła do płaszczyzny cięciw skrzydła. Równocześnie środek aerodynamiczny skrzydła jest przesunięty względem płaszczyzny zawierającej oś obrotu skrzydła i środek jego masy ku krawędzi spływu skrzydła. W znanym rozwiązaniu do napędu turbiny wykorzystano współdziałanie siły odśrodkowej i dynamicznej. Niedogodnością znanego rozwiązania jest ponadto skomplikowana budowa i duży ciężar łopaty. Rozwiązanie to nie daje także zabezpieczenia przeciwawaryjnego łopaty w przypadku zbyt silnych wiatrów. Znane jest również rozwiązanie silnika wiatrowego pod nazwą turbiny Darrieusa, który jest zaopatrzony w skrzydła wygięte według linii łańcuchowej. W płaszczyźnie południkowej skrzydła są zamocowane końcami do pionowego wału będącego osią obrotu silnika. Skrzydła mają profil symetryczny, którego cięciwa geometryczna jest styczna do toru zakreślanego przez profil podczas pracy turbiny. Istotną wadą rozwiązania jest bliski zeru moment rozruchowy. Moment obrotowy osiąga wartości użyteczne dopiero wtedy, gdy prędkość obrotowa turbiny jest dostatecznie duża. Wiąże się z tym konieczność stosowania odrębnego silnika rozruchowego, bez którego turbina nie może osiągnąć nominalnych warunków pracy. Istotą rozwiązania według wynalazku jest konstrukcja turbiny wiatrowej z pionową osią napędową połączoną poprzez rozmieszczone promieniście ramiona z symetrycznie zamocowanymi na ich końcach pionowymi łopatami tworzącymi wirnik, z których każda osadzona jest na osi dzielącej ją na część czołową o powierzchni F1i część ogonową o powierzchni F2. Część czołowa i część ogonowa mają jednakowe masy, zaś powierzchnia części ogonowej F2 jest większa od powierzchni części czołowej F1, F2 > F1. Poszczególne pionowe łopaty w węzłach łączących je z ramionami mają mechanizm ograniczająco-zabezpieczający. Mechanizm ten zawiera krzywkę z wgłębieniem współpracującym z rolką optymalnego roboczego ustawienia pionowych łopat i równocześnie zabezpieczenia przeciwawaryjnego pionowych łopat.

3 W rozwiązaniu według wynalazku szczególnie korzystnym i nieoczywistym efektem jest łatwość startu turbiny już przy małych prędkościach wiatru, efekt ten uzyskano z samoczynnego ustawiania się pionowych łopat pod odpowiednim kątem. Ponadto istotnym jest podział każdej pionowej łopaty na linii osi ma dwie różne powierzchnie F1i F2. W konsekwencji więc działanie wiatru na powierzchnie części ogonowej F2 wywiera większy moment obrotowy M2 od momentu obrotowego M1powstałego od działania wiatru na powierzchnię części czołowej F1, M2 > M1. Na skutek różnicy momentów uzyskuje się korzystne ustawianie się pionowych łopat do kierunku wiatru, w mechanizmie ograniczająco-zabezpieczającym. Istotną zaletą rozwiązania jest wyeliminowanie sił odśrodkowych ustawiającej się pod działaniem wiatru łopaty uzyskane na skutek zrównania mas części czołowej i ogonowej. Pionowe łopaty działają na obydwu zataczanych półokręgach, z których od strony nawietrznej pionowa łopata uchyla się częścią ogonową do osi centralnej wirnika, a od strony zawietrznej w kierunku przeciwnym dając maksymalne wykorzystanie energii wiatru. Działanie zamontowane przy pionowych łopatach mechanizmów ograniczająco-zabezpieczające zapewniają uzyskiwanie optymalnego kąta roboczego (αr pracy pionowych łopat przy dopuszczalnych wiatrach, zaś po przekroczeniu dopuszczalnej siły wiatru pionowa łopata zostaje wyparta z wgłębienia krzywki i ustawia się w dryf, zabezpieczając pionową łopatę przed uszkodzeniem. Turbina wiatrowa według wynalazku charakteryzuje się prostą, lekką i materiałooszczędną oraz funkcjonalną budową, o niskich kosztach wykonania. Jest łatwa w montażu i demontażu. Może być wykonywany typoszereg turbin uzależnionych od aktualnych potrzeb. Przedmiot wynalazku uwidoczniono w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia widok aksonometryczny turbiny wiatrowej z ustawionymi pod różnymi kątami łopatami wirnika, fig. 2 - widok od czoła pionowej łopaty z mechanizmem ograniczająco-zabezpieczającym, fig. 3 - widok aksonometryczny mechanizmu ograniczającozabezpieczającego w połączeniu z ramieniem wirnika, fig. 4 - widok z góry krzywki we współpracy z rolką w położeniu kąta roboczego α r oraz położeniu: I - normalne warunki pracy, II - skrajne położenie robocze, III - po wyparciu rolki z wgłębienia na skutek bardzo silnego wiatru - sytuacja zadziałania zamka awaryjnego - pionowe łopaty ustawiają się w dryf; fig. 5 - schematyczny widok odchylania się pionowych łopat w zależności od kierunku działania wiatru. W turbinie wiatrowej według wynalazku oś 1 wirnika zamocowana jest poprzez piasty 2 do masztu 3 osadzonego na fundamencie 4 i usztywnionego odciągami 5. Na dolnym końcu osi 1 znajduje się inercyjne koło 6, zaś na górnym końcu głowica 7 z wyprowadzonymi promieniście ramionami 8 na końcach których zamocowane są pionowe łopaty 9 poprzez mechanizmy ograniczająco-zabezpieczające 10. Pionowe łopaty 9 osadzone są na osi 11, dzielącej je na część czołową o powierzchni F1i część ogonową o powierzchni F2. Części te mają jednakowe masy, zaś powierzchnia części ogonowej F2 jest większa od powierzchni części czołowej F1, F2 > F1. Każda pionowa łopata 9 osadzona jest na mechanizmie ograniczająco- zabezpieczającym 10, który składa się z krzywki 12 z wgłębieniem współpracującym z rolką 13 określającą optymalny kąt roboczy αr pracy pionowych łopat 9. Rolka 13 dociskana jest sprężyną 14 zamocowaną do tulei 15, z którą połączony jest łącznik 16 z ramieniem 8. Dla umożliwienia obrócenia się w warunkach ekstremalnych pionowych łopat 9 wokół własnej osi 11 i ustawienia się w dryfie bez możliwości zaczepiania się o ramiona 8 pionowa łopata 9 w części środkowej została podzielona na część górną i dolną, nie zmieniając danych charakterystycznych dla pracy całej pionowej łopaty 9.

4 Fig 4

5 Fig 2

6 F ig 1 Zakład Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena zł