RS59427B1 - Turbina sa vertikalnom osom - Google Patents

Description

Opis

[0001] Predmetni pronalazak se odnosi na turbinu koja se koristi kao vetroturbina.

Pronalazak se odnosi na turbine koje imaju rotor turbine sa osom rotacije i koje sadrže lopaticu koja je udaljena od ose rotacije turbine i gde je uzdužna osa lopatice suštinski paralelna sa osom rotacije rotora. Izvođenja pronalaska su posebno napredna kada se koriste kao deo vetroturbine sa vertikalnom osom, iako se pronalazak takođe može primeniti i na turbine pokretane vodom kao što su, na primer, plimske turbine.

[0002] Dobro su poznate turbine pokretane vetrom i vodom Darijusovog tipa sa vertikalnom osom (videti, na primer, dokument US2011/0006526). Takve turbine imaju niz poznatih nedostataka koji uključuju malu efikasnost, nedostatak početnog momenta sile i prevelikih vibracija. Kako bi se prevazišli neki od ovih nedostataka, predložen je veći broj različitih turbina koji imaju mehanizme za podešavanje visine lopatica turbine. Turbine Darijusovog tipa se nisu pokazale efikasnim ili efektivnim onoliko koliko se od njih očekivalo. Smatra se da je to posledica fizičkih naprezanja i ograničenja nametnutih praktičnim dizajnom turbine kao i realnim uslovima vetra (za koje je malo verovatno da će biti konzistentni). Dodatno, teško je izraditi turbinu Darijusovog tipa koja će se sama pokretati.

[0003] Predložen je niz rešenja za poboljšanje performansi vetroturbina Darijusovog tipa ili vetroturbina sa vertikalnom osom.

[0004] Napadni ugao je ugao između pravca nadolazećeg fluida i referentne linije krila kao poput lopatice turbine. Ugao nagiba ili nagib krila, kao što je lopatica vetroturbine, je ugao koji krilo zauzima u odnosu na fiksnu referencu kao što je osnova vetroturbine ili horizont. Za vetroturbine koje se nalaze u vetru čiji se smer ne menja, nagib je mera napadnog ugla. Nagib se takođe može definisati kao ugaona rotacija koja je primenjena na osnovu lopatice. Prepoznato je da nagib krila ima uticaj na obrtni moment kojim dolazni fluid deluje na krilo (npr. vetra na vetroturbinu), a samim tim i na proizvodnju turbine koja sadrži lopatice u vidu krila. Poznati su različiti načini za kontrolu nagiba lopatica vetroturbine sa vertikalnom osom. Rešenja poput onih koja su objavljena u dokumentima US 2011/0006526 A1, WO 2011/130797 A1 , WO 2011/144830 A1, FR 2924 182 A1, US 3,382,931 A1 i WO 201/0305569 A1 imaju za cilj da vrše kontrolu nagiba lopatica vetroturbine sa vertikalnom osom primenom bregastog rasporeda gde postoji centralno izveden breg i gde je element koji prati breg spregnut sa lopaticama tako da prati oblik brega i tako zakreće lopatice kako ih pomera oko ose rotacije turbine.

[0005] Dokument WO 2011/130797 opisuje vetroturbinu sa sredstvima za kontrolu nagiba izvedenim u obliku prstena ili vođice smeštene oko osovine, koja su spregnuta preko karika ili linije sa zadnjim krajem svake od lopatica radi kontrole nagiba svake od lopatica tokom okretanja rotora turbine. Prsten ili vođica su tako postavljeni da se mogu samostalno kretati prilikom okretanja turbine. Mehanizam koji omogućava kretanje prstena ili vođice stvara pasivni sistem upravljanja tako da je položaj lopatica delimično određen jačinom i pravcem vetra, tako da se na taj način najmanje delimično i samo-podešava. Ovakvo izvođenje je komplikovano za izradu i sklono otkazima. Pasivni sistemi kontrole, kao što je onaj koji je opisan u dokumentu WO 2011/130797, takođe ne mogu obezbediti kontrolu nad zakrivljenjem lopatica.

[0006] Dokument FR 2924 182 opisuje vetroturbinu sa bregastim elementom koji se koristi za kontrolu nagiba. Centralna nepravilna bregasta putanja je izvedena oko ose rotacije rotora turbine, a elementi koji prate bregastu putanju su povezani kracima ili vezama za lopatice. Postojanje jedne centralne bregaste putanje sa nizom veza na elementima koji prate bregastu putanju rezultuje komplikovanim izvođenjem koje vibrira i trese se tako da ga je veoma teško prilagoditi različitim uslovima vetra. Kontrolne poluge ili vezni elementi koji povezuju elemente koji prate centralni breg sa respektivnim lopaticama prikazani su kao paralelni u odnosu na respektivne noseće krake. Ipak, tokom rada je potrebno da ove poluge ili veze povlače lopatice do uglova koji nisu paralelni sa krakom. Ovo verovatno može dovesti do nastanka velikih sila trenja, vibracija i potresa.

[0007] Dokumenti US 3.382.931, US 2011/0006526, WO 2011/144830 i US 2011/0305569 opisuju izvođenja koja su slična originalnoj varijanti koju je predložio Darijus, a gde se kontrola nagiba postiže preko veza ili poluga koje su povezane na centralnu kontrolu nagiba tako da se mogu okretati oko tačke koja se nalazi ekscentrično u odnosu na osu rotacije rotora turbine. Takva izvođenja takođe trpe prekomerne vibracije, a samim tim i gubitke.

[0008] Pronalazač predmetne prijave je konstatovao da izvođenja sa krutim polugama ili elementima veze koji su povezani sa zajedničkim centralnim glavčinom ili tačkom rotacije rezultuju pojavom naprezanja i vibracija što je posledica činjenice da su naspramne strane turbine izložene vrlo različitim uslovima vetra tako da naspramni elementi veze ili poluge zbog toga deluju različitim silama i tako stvaraju neuravnoteženost. Uređaji za upravljanje nagibom za vetroturbine sa vertikalnom osom nisu imali komercijalni uspeh. Bilo je mnogo različitih dizajnerskih rešenja i, prema dostupnim testnim podacima, nijedan od njih se nije pokazao obećavajuće. Uočeni su problemi sa vibracijama, trenjem i lošim performansama, koje postojeća i poznata izvođenja nisu u dovoljnoj meri rešila.

[0009] Iako deluje da promenljivi nagib predstavlja odgovor na velike varijacije napadnog ugla vetroturbine sa vertikalnom osom tokom svake revolucije turbine (i posledičnih značajnih kolebanja dinamičkih opterećenja koja uzrokuju zamor i smanjuju performanse turbine) do sada nije pronađen uspešan dizajn. Poznate turbine sa vertikalnom osom, stoga, nisu moćne onoliko koliko bi mogle biti i postoje implikacije zamora kod postojećih dizajna turbina sa vertikalnom osom koje ne poseduju kontrolu nagiba.

[0010] Dokumenti US 3,382,931, US 2011/0006526, FR 2 924 182, WO 2011/130797 i US 2011/0305569 opisuju vetroturbine kod kojih se ugao nagiba lopatica za veći broj lopatica kontroliše pomoću poluga koje povezuju svaku od lopatica sa centralnom bregastom putanjom i sa usamljenim centralnim ležajem koji se okreće oko ose koja je izmeštena od ose rotacije lopatica turbine. Kao što je navedeno iznad, pronalazač predmetne prijave patenta je prvi razumeo da ovakvo izvođenje sa polugama koje se pružaju do većeg broja lopatica od usamljene centralne bregaste putanje ili ležaja rezultuje lošim performansama. Razlozi loših performansi nisu u potpunosti jasni, ali veruje se da je to zato što u praksi lopatice i poluge nisu savršeno krute, tako da neminovno postoje male promene udaljenosti između lopatica kako one rotiraju usled razlika između sila u različitim tačkama njihove rotacije. Ove razlike dovode do nastanka vibracija. Što je brža rotacija i/ili veća brzina vetra ili fluida, ovi efekti postaju sve veći kako razlike između sila koje deluju između različitih tačaka u rotaciji postaju veće.

[0011] Zakrivljenje krila poput lopatica turbine efektivno predstavlja oblik ili zakrivljenost krila. Zakrivljenje krila se može definisati pomoću kružne linije, što je kriva koja je na pola puta između gornje i donje površine krila. Dokument US 2010/0096854 A1 opisuje vetroturbinu sa vertikalnom osom koja se može aktivno kontrolisati. Svaka lopatica je iz dva dela, a nagib i zakrivljenje svake lopatice je upravljano motorima postavljenim na ili u blizini lopatica, a koji na kontrolisan način pomeraju dva dela svake lopatice i na taj način menjaju nagib i zakrivljenje lopatice. Ovakvo izvođenje zahteva složenu obradu podataka radi kontrole svakog od motora. Pored toga, motori moraju biti snažni i teško ih je precizno kontrolisati jer su sile potrebne za pomeranje delova lopatica dok one rotiraju značajne.

[0012] Dokumenti US 2010/0054936 i DE 20 2010 002 046 U takođe opisuju mehanizme za kontrolu zakrivljenja (i/ili nagiba) pojedinačnih lopatica vetroturbina pomoću računarski upravljanih aktuatora smeštenih na ili u blizini lopatica turbine. Kao što je prethodno navedeno u vezi sa dokumentom US 2010/0096854, tokom rada lopatice se brzo kreću i izložene su dejstvu značajnih sila. Aktuatori ili motori koji su pogodni za kontrolu lopatica moraju biti u stanju da generišu veoma velike sile kako bi promenili napadni ugao ili nagib, kao i oblik ili zakrivljenje lopatica koje se okreću. Pogodni aktuatori ili motori su iz tog razloga skupi i skloni otkazima. Dalje, postavljanje aktuatora na ili u blizini lopatica čini njihovo održavanje ili zamenu komplikovanom, dugotrajnim i skupom.

[0013] Dokument WO 2004/079187 opisuje vetroturbinu sa pasivnom kontrolom zakrivljenja. Ovo ne dozvoljava preciznu kontrolu zakrivljenja te, stoga, ni optimizaciju karakteristika zakrivljenja u različitim tačkama rotacije respektivne lopatice. Još jedan primer je dat u dokumentu US 4,383,801.

[0014] Predmetni pronalazak obezbeđuje turbinu kao što je definisano u Zahtevu 1, na koji je potrebno napraviti referencu. Poželjne karakteristike izvođenja pronalaska date su u zavisnim zahtevima na koje je takođe potrebno napraviti referencu.

[0015] Pronalazač predmetnog pronalaska je prvi koji je uvideo da rešenje problema složenog i teškog upravljanja povezanog sa sistemima poput onog opisanog u dokumentu US 2010/0096854 može biti ostvareno kontra-intuitivnim korakom kontrole zakrivljenja i nagiba korišćenjem jednostavne i robusne fizičke ili mehaničke kontrole, a ne precizne elektronske kontrole sklone otkazu. Pronalazač je prvi koji je uvideo da se fizički ili mehanički tip kontroliše sa bregom mogu upotrebiti za efikasnu kontrolu nagiba i zakrivljenja lopatice turbine i da takva kontrola može značajno poboljšati efikasnost vetroturbine sa vertikalnom osom.

[0016] Izvođenja ovog pronalaska obezbeđuju aktivnu kontrolu nad nagibom i zakrivljenjem osiguravajući da nagib i zakrivljenje prate putanje koje su definisane i zadate pomoću odgovarajuće prve i druge fizičke komponente. Prva i druga fizička komponenta koje definišu putanje nagiba i zakrivljenja mogu respektivno biti odvojene komponente.

[0017] Rešenje koje je primenjeno u poželjnim izvođenjima pronalaska jeste da se odvoji kontrola svake od lopatica, ali da se zadrži tačno pozicioniranje pomoću fizičke komponente kojom bi se definisala putanja nagiba. Poželjno, obezbeđeni su nezavisno izmešteni ekscentrični ležajevi za svaku od lopatica ili je izmešteni ležaj zamenjen izmeštenom vodećom šinom. Kada se koristi izmeštena vodeća šina, više nije neophodno posedovati odvojene vodeće šine za svaku od lopatica jer se mehanizam za navođenje svake lopatice može razdvojiti u toku rotacije lopatica oko vođice.

[0018] Kako bi se smanjile vibracije i poboljšao laminarni protok, lopatica mora biti u stanju da promeni svoje zakrivljenje. Druga fizička komponenta obezbeđuje definisanu obrtnu putanju zakrivljenja kako bi se postigao i održavao laminarni protok tokom rotacije. Poželjno, skup izmeštenih ekscentričnih ležajeva ili vodeće šine obezbeđuju drugu fizičku putanju.

[0019] Poželjno, svaka od putanji nagiba i zakrivljenja je u suštini kružna.

Pronalazač je zaključio da to značajno pojednostavljuje konstrukciju turbine i čini je lakšom za kontrolu bez značajnih gubitaka efikasnosti i efektivnosti. Nepravilni rasporedi, kao što je onaj koji je opisan u dokumentu FR 2 924 182, a koji su tačno prilagođeni za postizanje maksimalne efikasnosti, ne mogu biti lako prilagođeni drugačijem nepravilnom rasporedu. Oni takođe zahtevaju i mehanizam za zakretanje pravca tokom rotacije radi poravnanja nepravilnog rasporeda sa smerom vetra.

[0020] Položaj ležajeva za upravljanje nagibom i zakrivljenjem, ili vodeće šine za upravljanje nagibom i zakrivljenjem, može biti poželjno kontrolno podešen.

[0021] Poželjno, položaj ležajeva za upravljanje nagibom i zakrivljenjem, ili vodeće šine za upravljanje nagibom i zakrivljenjem kontrolisan je od strane linearnih aktuatora. Kada su izmešteni ekscentrični ležajevi ili vodeće šine postavljene na linearne aktuatore, zakrivljenje i nagib lopatice mogu biti na jednostavan način promenjeni kako bi odgovorili brzinama rotacije i vetra. Ako se njihov izmešteni položaj obrne, to može biti upotrebljeno za usporenje lopatice i tako bezbedno zaustavljanje turbine.

[0022] Ako su izmešteni ekscentrični ležajevi ili vodeće šine postavljene na linearne aktuatore koji ih mogu pomerati duž dve ose, onda oni mogu delovati poput mehanizma za zakretanje promenom izmeštenog položaja ležaja ili vodećih šina u bilo koji koristan položaj.

[0023] Izvođenja predmetnog pronalaska će biti opisana u daljem tekstu na neograničavajućem primeru u vezi sa priloženim slikama nacrta na kojima: Slika 1 ilustruje prvo izvođenje pronalaska sa turbinom sa tri lopatice i dve izmeštene vodeće šine, jednom vodećom šinom za kontrolu nagiba lopatica i jednom vodećom šinom za kontrolu zakrivljenja lopatica;

Slika 2 ilustruje centralnu vertikalnu osu i potporne krake lopatica izvođenja sa Slike 1;

Slika 3 ilustruje konstrukciju lopatica i vodećih šina za izvođenje sa Slike 1;

Slika 4 predstavlja detaljni prikaz vrha lopatica sa Slike 1;

Slika 5 predstavlja pogled koji prikazuje dno lopatica sa Slike 1;

Slika 6 predstavlja alternativni pogled koji odgovara Slici 5, ali sa veće visine;

Slika 7 je šematski prikaz kontrole lopatice i njenog nagiba i zakrivljenja prilikom rotacije lopatice;

Slika 8 predstavlja detaljan prikaz dela šematskog prikaza sa Slike 7;

Slika 9 ilustruje mehanizam za zakretanje za izvođenje prikazano na Slikama 1 do 8;

Slika 10 je alternativni prikaz mehanizma za zakretanje na Slici 9 sa uklonjenim vodećim šinama;

Slika 11 je detaljan prikaz fiksiranja izmeštene vodeće šine pomoću linearnih aktuatora kako bi se omogućilo kretanje vodećih šina za kontrolu nagiba i zakrivljenja duž jedne ose;

Slika 12 je alternativni prikaz izbliza rasporeda prikazanog na Slici 11;

Slika 13 je alternativni raspored linearnih aktuatora za vodeće šine kod kojih mehanizam za zakretanje krila nije potreban;

Slika 14 je pogled odozgo na ravan koji pokazuje lokaciju linearnih aktuatora izvođenja sa Slike 13;

Slika 15 je bočni prikaz linearnog aktuatora sa Slike 14;

Slika 16 ilustruje drugo izvođenje pronalaska sa tri podesive lopatice i šest izmeštenih ekscentričnih ležajeva;

Slika 17 ilustruje konstrukciju lopatice, ekscentričnih ležajeva i potiskujućih šipki izvođenja sa Slike 16;

Slika 18 je pogled izbliza sa donje strane na lopaticu, ekscentrične ležajeve i potiskujućih šipki izvođenja sa Slike 16;

Slika 19 je pogled izbliza sa strane na lopaticu, ekscentrične ležajeve i potiskujuće šipke izvođenja sa Slike 16;

Slika 20 je ilustracija pričvršćivanja ekscentričnog ležaja na mehanizam za zakretanje kod izvođenja sa Slike 16;

Slika 21 je pogled na mehanizam za zakretanje sa Slike 20 sa donje strane;

Slika 22 ilustruje lokaciju ekscentričnih fiksirajućih ležaja izvođenja sa Slike 16;

Slika 23 ilustruje ekscentrične fiksirajuće ležajeve izvođenja sa Slike 16 sa linearnim aktuatorima kako bi se omogućilo ekscentričnih ležajeva za kontrolu nagiba i zakrivljenja duž jedne ose;

Slika 24 je alternativni raspored ekscentričnih fiksirajućih ležajeva gde mehanizam za promenu zakretanja nije potreban;

Slika 25 ilustruje alternativno izvođenje pronalaska sa primenom kod plimnih turbina; i

Slika 26 je pogled sa strane na izvođenje sa Slike 25.

[0024] Određena terminologija koja će biti upotrebljena u tekstu opisa koji sledi, upotrebljena je samo iz razloga praktičnosti i pozivanja, tako da se ne smatra ograničavajućom. Na primer, reči „vrh“, „dno“, „donji“ i „gornji“ će se odnositi na smerove prikazane na slikama na koje se tekst poziva. Navedena terminologija uključuje reči koje se posebno navode, njihove derivate i reči sličnog značenja ili one koje će stručna osoba prepoznati i razumeti kao funkcionalno iste.

[0025] Prema Slikama 1 i 2, vetroturbina 1 sa vertikalnom osom sadrži tri lopatice 2 koje se okreću oko centralne vertikalne šipke 3 koja definiše vertikalnu osu. Ova vertikalna šipka je spojena sa lopaticama turbine pomoću parova krakova 4 koji povezuju vrhove i dna svake od lopatica 2 turbine. Horizontalni noseći kraci 4 su čvrsto povezani sa centralnom vertikalnom šipkom 3, gde centralna vertikalna šipka 3 može rotirati oko nosača 5 koji se nalazi u njenom podnožju 6. Centralna vertikalna šipka 3, horizontalni noseći kraci 4 i lopatice 2 zajedno čine rotor vetroturbine 1 sa vertikalnom osom.

[0026] Svaka lopatica poseduje dva dela (videti Sliku 5); prednji ili vodeći deo lopatice 7 i zadnji ili prateći deo lopatice 8.

[0027] Dno svake od lopatica 9 je spojeno sa parom vodećih šina 10, 11 koje su i same nošene od strane podnožja 6 vetroturbine 1, ili su na drugi način podržane i držane na dnu vetroturbine sa vertikalnom osom.

[0028] Prema Slikama 4, 5 i 6, prvi, vodeći deo lopatice 7 sadrži polugu 65 koja se pruža od gornjih 12 i donjih 13 krajeva vodećeg dela lopatice, koji su spojeni pomoću nosača 14 sa horizontalnim nosećim kracima. Drugi, prateći deo lopatice 8, postavljen je tako da može rotirati relativno u odnosu na vodeći deo lopatice 7 u pravcu 'A', prikazanom na Slici 4. Šipka 15 prolazi kroz i spojena je sa prednjim delom pratećeg dela lopatice 8 od vrha 16 do dna 17. Gornji kraj 18 ove šipke 15 je obrtno spojen preko ležaja 19 za prednji ili vodeći deo lopatice 7, dok je na donjem kraju 20 obrtno spojen i sa vodećim delom lopatice 7 na način koji je sličan onom koji je prethodno opisan u vezi sa gornjim krajem preko ležaja 21, i preko pratećeg ležaja 24 sa sklopom za pratioca 23 brega, koji je spojen sa i prati šinu za upravljanje nagibom bregastu putanju 10. Pratilac 23 brega sadrži navedeni centralni ležaj 24 za koji su navedena četiri rotirajuća ležaja 25 pričvršćena. Četiri ležaja su raspoređena oko vodeće šine 10 koja sadrži kružni pločasti element. Ovakav raspored znači da se ugao ili nagib vodećeg dela 7 lopatice menja sa radijalnim rastojanjem između krajeva horizontalnih nosećih krakova 4 i respektivnog dela vodeće šine 10 za kontrolu nagiba.

[0029] Krak u obliku latiničnog slova U je kruto povezan sa spojnim krakom 28, koji je dalje čvrsto povezan sa donjim krajem 20 šipke 15. Ovakva realizacija krakova 28, 29 se koristi radi obrtnog spajanja donjeg kraja 20 šipke 15, preko ležaja 27, sa drugim elementom za praćenje 30 brega koji je spregnut sa šinom ili bregastom putanjom 11 kontrolisanom zakrivljenjem. Element za praćenje brega za kontrolisanje zakrivljenja je sličan elementu za praćenje brega za kontrolisanje nagiba u tome što sadrži navedeni usamljeni centralni ležaj 27 za koji su pričvršćena četiri ležaja 26 na način kao što je opisan iznad za element 23 za praćenje brega za kontrolu nagiba. Četiri ležaja 26 su postavljena oko kružne počaste vodeće šine 11 koja predstavlja vodeću šinu ili bregastu putanju za kontrolu zakrivljenja. Element 30 za praćenje brega je postavljen na donji deo sklopa krakova 28, 29 pomoću navedenog centralnog ležaja 27. Krak 28, 29 je oblikovan tako da postoji prostor da se vodeće šine 10, 11 ukrste, a da elementi 23, 30 za praćenje brega za kontrolu nagiba i zakrivljenja ne ometaju jedan drugog.

[0030] Vodeća šina 11 za kontrolu zakrivljenja i njegova interakcija sa ležajem nosačem 30 pratioca za zakrivljenje rezultuje kontrolom obrtanja dela 8 prateće ivice relativno u odnosu na deo 7 vodeće ivice, čime se na kontrolisan način menja zakrivljenje lopatice 2.

[0031] Kao što je prikazano na Slici 9, vodeće šine 10, 11 i lopatice 2 su postavljene na mehanizmu 31 za zakretanje kako bi se mehanizam rotirao kako se upadni smer vetra menja. Mehanizam 31 za zakretanje sadrži kružnu ploču 32, koja je obrtno spojena sa postoljem turbine. Ploča 32 ima krilo 33 za zakretanje kako bi se krilo poravnalo sa upadnim smerom vetra. Elementi 34 za fiksiranje su postavljeni na ploči na kojoj su smeštene vodeće šine, kao što se može videti sa Slike 10.

[0032] Prema alternativnom izvođenju pronalaska, a kao što je prikazano na Slikama 11 do 15, elementi za fiksiranje vodeće šine smešteni su na linearnim aktuatorima 35 koji na kontrolisani način mogu pomerati videće šine 10, 11 za kontrolu nagiba i zakrivljenja. Linearni aktuatori 35 se mogu koristiti za kontrolisano pomeranje šina za kontrolu nagiba i zakrivljenja prema različitim uslovima. Linearni aktuatori se mogu koristiti za optimizaciju brzine, jer brzina rotacije povećava vidljivi vetar i zbog toga se nagib mora promeniti, a zakrivljenje biti optimizovano za brzinu vetra. U uslovima slabog vetra ovo bi se primenilo kako bi se maksimizovala brzina rotacije.

[0033] Izvođenje prikazano na Slici 13 sadrži krilo 60 za određivanje smera vetra i anemometar 61. Smer vetra i njegova brzina koje su detektovane od strane ovih elemenata koriste se za upravljanje linearnim aktuatorima 35.

[0034] Kako vetroturbine ili generatori takođe poseduju optimalne radne opsege, može se desiti biti da brzina mora biti redukovana u uslovima jakog vetra, što se može postići promenom nagiba i/ili zakrivljenja.

[0035] U uslovima ekstremnog vetra, takođe je moguće zaustaviti ili prikočiti turbinu promenom izmeštenog položaja za kontrolu nagiba i zakrivljenja u tačke koje se nalaze sa druge strane u radijusa obrte tačke nagiba.

[0036] Prema alternativnom izvođenju pronalaska koje je ilustrovano na Slikama 16, 17, 18 i 19, kružne vodeće šine za kontrolu nagiba i zakrivljenja se menjaju pojedinačnim i zasebnim kontrolnim sklopovima za nagib i zakrivljenje za svaku od lopatica 2. Svaka kontrola sadrži izmešteni ekscentrični ležaj 36 i potiskujuću šipku 39 koja je povezana sa konstrukcijom obrtne šipke. Ostatak njegove konstrukcije je sličan konstrukciji koja je opisana iznad u vezi sa Slikama 12 i 15. Na ponavljajućoj lopatici postoji ili obrtna tačka 40 za kontrolisanje nagiba na pratećem delu 7 lopatice ili obrtna tačka 41 za kontrolisanje zakrivljenja na vodećem delu 8 lopatice. Turbina 1 sa vertikalnom osom sadrži tri lopatice 2 koje se okreću oko centralne vertikalne šipke 3 koja predstavlja vertikalnu osu. Ova vertikalna šipka je spregnuta sa lopaticama turbine pomoću parova krakova 4 koji su povezani sa vrhovima i donjim delovima svake od lopatica turbine. Horizontalni potporni kraci 4 su kruto povezani sa središnjom nosećom šipkom 3 tako da se središnja noseća šipka može okretati oko nosača u svom postolju. Centralna noseća šipka, horizontalni potporni kraci i lopatice zajedno obrazuju rotor vetroturbine sa vertikalnom osom.

[0037] Prema Slikama 17, 18 i 19, vodeći deo 7 lopatice je spregnut na svojem gornjem i donjem kraju pomoću ponavljajućih nosećih sklopova 42 za horizontalne noseće krake 4. Prateći deo lopatice je izveden tako da može rotirati relativno u odnosu na vodeći deo lopatice 7.

[0038] Šipka 43 prolazi kroz prednji deo pratećeg dela 8 lopatice od vrha do dna.

Gornji kraj ove šipke 43 je spojen pomoću ležaja (koji nije prikazan) za prednji ili vodeći deo lopatice, dok je na svom donjem kraju povezan preko ležaja 44 za prednji ili vodeći deo 7 lopatice. Donji deo šipke 43 je povezan preko šipke 46 i ležaja sa šipkom 39 koja je kruto povezana sa ekscentričnim ležajem 36 koji kontroliše nagib lopatice. Krak 47 u obliku latiničnog slova L kruto je povezan sa šipkom 43 pratećeg dela lopatice horizontalno u smeru repa pratećeg dela lopatice, ovo je spojeno pomoću ležaja sa potiskujućom šipkom drugog ekscentričnog ležaja 37 koji kontroliše zakrivljenje lopatice.

[0039] Prema Slikama 20, 21 i 22, ekscentrični ležajevi su smešteni na mehanizmu 31 za zakretanje radi rotiranja mehanizma u skladu sa promenom upadnog smera vetra. Mehanizam za zakretanje sadrži kružnu ploču 32 koja je obrtno spregnuta sa osnovom turbine. Ploča poseduje krilo 33 za zakretanje kako bi se krilo poravnalo sa upadnim vetrom. Elementi 34 za pričvršćivanje postavljeni su na ploču na kojoj su smešteni ekscentrični ležajevi.

[0040] Prema Slici 23, kod alternativnog izvođenja pronalaska ekscentrični ležajevi su smešteni na linearnim aktuatorima 35 koji mogu na kontrolisan način pomerati ekscentrične ležajeve za kontrolu nagiba i zakrivljenja duž jedne ose.

[0041] Prema Slici 24, kod alternativnog izvođenja pronalaska ekscentrični ležajevi su smešteni na linearnim aktuatorima 48 koji mogu na kontrolisan način pomerati ekscentrične ležajeve za kontrolu nagiba i zakrivljenja duž dve ose i tako zameniti potrebu za postojanjem mehanizma rotirajućeg krila za zakretanje.

[0042] Posmatrajući Slike 25 i 26, turbina sa vertikalnom osom je izvedena tako da poseduje vodeni plovak 50 tako da je pogodna za primenu kao plutajuća vodena turbina 49. Vezna šipka na vrhu lopatice je produžena tako da gornji horizontalni noseći kraci, vodeće kontrolne šine i linearni aktuatori nisu u kontaktu sa vodom. Konstrukcija turbine je u svemu ostalom ista kao što je opisano za izvođenja koja su prikazana na Slikama 1 do 23, ali je invertovana odnosno okrenuta naopačke.

[0043] Izvođenja pronalaska su pogodna za ekstrahovanje energije iz bilo kojeg pokretnog fluida. Pogodni fluidi i okruženja uključuju pokretni vazduh ili vetar, kao i plimu/oseku, ali nisu isključivo ograničeni na njih. Sva izvođenja pronalaska koja su opisana iznad u vezi sa Slikama 1 do 26 poseduju osu rotacije rotora turbine koja je suštinski vertikalna. Pronalazak je, ipak, podjednako primenljiv za upotrebu u situacijama gde osa rotacije rotora nije vertikalna: na primer, u ciklogiro (cyclogiro) rotoru ili u uređaju za strujanje plime namenjenom za plitku vodu gde bi osa rotacije bila suštinski horizontalna. Osoba sa iskustvom u predmetnoj oblasti bi spremno uočila da bi konstrukcija takve turbine bila slična onoj koja je opisana u vezi sa Slikama 1 do 26.

Claims (15)

PATENTNI ZAHTEVI

1. Turbina (1) koja sadrži rotor turbine koji poseduje osu rotacije i najmanje jednu lopaticu (2) udaljenu od i postavljenu radi okretanja oko ose rotacije turbine, gde lopatica poseduje najmanje jednu uzdužnu površinu koja je suštinski paralelna sa osom rotacije i radi uzajamnog delovanja, tokom primene, sa fluidom koji dolazi na rotor turbine, i gde je lopatica izrađena od dva dela sa vodećim delom (7) lopatice koji je obrtno povezan sa pratećim delom (8) lopatice, gde turbina dalje sadrži aktivno sredstvo za kontrolu nagiba i aktivno sredstvo za kontrolu zakrivljenja radi upravljanja nagibom i zakrivljenjem lopatice, gde aktivno sredstvo za kontrolu nagiba sadrži obrtni element (24, 41) za kontrolu nagiba, gde je prvi vodeći deo lopatice izveden tako da se okreće oko obrtnog elementa za kontrolu nagiba i gde se obrtni element za kontrolu nagiba može voditi duž putanje za kontrolu nagiba koja je definisana pomoću prve fizičke komponente (10) za određivanje putanje, i gde aktivno sredstvo za kontrolu zakrivljenja sadrži obrtni element (27, 65) za kontrolu zakrivljenja, gde je prvi vodeći deo lopatice izveden tako da se okreće oko obrtnog elementa za kontrolu zakrivljenja i gde se obrtni element za kontrolu zakrivljenja može voditi duž putanje za kontrolu zakrivljenja koja je definisana pomoću druge fizičke komponente (11) za određivanje putanje.

2. Turbina prema Zahtevu 1, gde je svaka od putanja za kontrolu nagiba i zakrivljenja suštinski kružna.

3. Turbina prema Zahtevu 2, gde svaka od putanja (jedna ili više) za kontrolu nagiba i/ili zakrivljenja definiše suštinski kružnu putanju, i gde su centri kružnih putanja izmešteni jedni u odnosu na druge i u odnosu na osu rotacije rotora turbine.

4. Turbina prema bilo kojem od prethodnih Zahteva, gde je putanja za kontrolu nagiba definisana distalnim krajem šipke (39) koja je povezana sa ležajem (36) za kontrolu nagiba koji rotira oko ose koja je izmeštena u odnosu na osu rotacije rotora turbine, i gde je putanja za kontrolu zakrivljenja definisana distalnim krajem šipke (39) koja je povezana sa ležajem (37) za kontrolu zakrivljenja koji rotira oko ose koja je izmeštena u odnosu na osu rotacije rotora turbine, gde su distalni krajevi šipki za kontrolu nagiba i zakrivljenja obrtno spregnuti sa obrtnim elementima (41, 65) za kontrolu nagiba i zakrivljenja, respektivno.

5. Turbina prema Zahtevu 4, gde su obrtni elementi (41, 65) za kontrolu nagiba i zakrivljenja lopatice (2) turbine spregnuti sa zasebnim šipkama (39), i gde je svaka šipka spregnuta sa zasebnim ležajem (36, 37) za kontrolu nagiba ili zakrivljenja.

6. Turbina prema Zahtevu 5, koja sadrži najmanje dve lopatice (2) turbine i gde je svaki od obrtnih elemenata (24, 27) za kontrolu nagiba i zakrivljenja svake od lopatica turbine spregnut za posebne šipke (39), i gde je svaka šiška spregnuta sa zasebnim ležajem (36, 37) za kontrolu nagiba ili zakrivljenja.

7. Turbina prema bilo kojem od Zahteva 1 do 3, gde je putanja za kontrolu nagiba definisana od strane prve vodeće šine (10) za kontrolu nagiba, i gde je putanja za kontrolu zakrivljenja definisana od strane druge vodeće šine (11) za kontrolu zakrivljenja.

8. Turbina prema Zahtevu 7, koja sadrži najmanje dve lopatice (2) i gde je svaki od obrtnih elemenata (24, 27) za kontrolu nagiba i zakrivljenja navedene najmanje dve lopatice spregnut, respektivni, sa jednom vodećom šinom (10) za kontrolu nagiba i jednom vodećom šinom (11) za kontrolu zakrivljenja.

9. Turbina prema bilo kojem od Zahteva 1 do 3, gde je jedna od putanja za kontrolu nagiba ili zakrivljenja definisana distalnim krajem šipke (39) koja je povezana sa ležajem (36, 37) koji rotira oko ose koja je izmeštena u odnosu na osu rotacije turbine, gde je distalni kraj šiške obrtno spregnut bilo sa obrtnim elementom (24) za kontrolu nagiba bilo sa obrtnim elementom (27) za kontrolu zakrivljenja, i gde je druga od putanja za kontrolu nagiba ili zakrivljenja definisana vodećom šinom (10, 11) za kontrolu nagiba ili zakrivljenja, respektivno.

10. Turbina prema bilo kojem od prethodnih Zahteva, gde je tokom primene položaj ležaja (36, 37) za kontrolu nagiba i/ili zakrivljenja ili vodeće šine (10, 11) za kontrolu nagiba i/ili zakrivljenja fiksan.

11. Turbina prema bilo kojem od Zahteva 1 do 9, gde se položaj ležaja (36, 37) za kontrolu nagiba i/ili zakrivljenja ili vodeće šine (10, 11) za kontrolu nagiba i/ili zakrivljenja može podešavati na kontrolisan način.

12. Turbina prema Zahtevu 11, gde se položaj ležaja (36, 37) za kontrolu nagiba i/ili zakrivljenja ili vodeće šine (10, 11) za kontrolu nagiba i/ili zakrivljenja može kontrolisati pomoću linearnih aktuatora.

13. Turbina prema Zahtevu 11 ili Zahtevu 12, gde je podešavanje moguće u pravcu jedne ili dve ose.

14. Turbina prema bilo kojem od prethodnih Zahteva, gde svaki deo lopatice (2) sadrži prvu (12, 16) i drugu (13, 17) naspramnu poprečnu površinu koje su suštinski poprečne u odnosu na uzdužnu osu lopatice i gde jedan od vodećeg dela (7) lopatice i pratećeg (8) dela lopatice sadrži prvu (18) i drugu (20) obrtnu šipku koja se pruža od, respektivno, prve i druge poprečne površine, gde je prva obrtna šipka spregnuta sa jednim od vodećeg dela lopatice ili pratećeg dela lopatice kako bi se obrazovao jedan od obrtnih elemenata (24, 27) za kontrolu nagiba ili zakrivljenja i gde je druga obrtna šipka spregnuta ili sa mehanizmom (23, 30) za praćenje koji je izveden tako da prati jednu od vodećih šina (10, 11) za kontrolu nagiba ili zakrivljenja, ili sa šipkom (39) koja je povezana sa jednim od ležajeva (36, 37) za kontrolu nagiba ili zakrivljenja.

15. Turbina prema Zahtevu 14, gde se prva obrtna šipka (18) pruža od jednog od vodećeg dela (7) lopatice ili pratećeg dela (8) lopatice i spojena je sa drugim od vodećeg dela lopatice ili pratećeg dela lopatice.