Wirnik o regulowanym położeniu łopat roboczych, zwłaszcza do turbiny wiatrowej

Zespół:

Istota wynalazku

Przedmiot wynalazku dotyczy wirnika (jednego bądź kilku) zamocowanego na maszcie, który wyposażony jest w łopaty robocze w ilości od 2 do 8 (przy czym opierając się na obecnym stanie wiedzy najkorzystniejsza jest ilość 4 łopat). Łopaty te składają się z części górnej i części dolnej. Usytuowane są one względem siebie o regulowany kąt α.

Zasada działania urządzenia opiera się na regulacji kąta rozwarcia α między częścią górną i częścią dolną łopat. Zwiększenie kąta α rozwarcia pomiędzy częścią górną i częścią dolną zwiększa powierzchnię czynną, która odbiera energię kinetyczną wiatru. Zwiększenie wykorzystania energii wiatru powiązane jest ze wzrostem prędkości obrotowej wirnika turbiny. W celu utrzymania mocy turbiny na stałym poziomie możliwe jest zwiększanie bądź zmniejszanie powierzchni czynnej łopaty poprzez zmianę kąta α. Zmiana kąta rozwarcia możliwa jest dla wszystkich łopat równocześnie bądź każdej z osobna.

Wirnik o regulowanym położeniu łopat roboczych może pracować jako urządzenie napędowe wykorzystujące energię wiatru, wody bądź innych czynników gazowo- cieczowych. Jednak główne zastosowanie znalazł w dziedzinie turbin wiatrowych. Jego zaletą jest możliwość regulacji mocy turbiny w szerokim zakresie prędkości wiatru. Prędkość obrotowa wirników turbin wiatrowych zależy znacząco od prędkości wiatru i często występuje problem z hamowaniem takich zespołów. W rozwiązaniu tym mamy możliwość płynnej zmiany prędkości obrotowej, możemy ją zmniejszać jak i również zwiększać. Ponadto wynalazek nie dopuszcza do zniszczenia elementów składowych turbiny. Nie pozwala również na wytężenie materiałów, z których jest ona wykonana, w przypadku oddziaływania wiatru o ponad granicznych wartościach jego prędkości przepływu. Umożliwia on regulacje mocy turbiny bądź utrzymywanie jej na ustalonym (założonym) poziomie w szerokim zakresie prędkości wiatru. Wirnik o regulowanym położeniu łopat roboczych nie wymaga jak w przypadku większości klasycznych turbin wiatrowych modyfikacji ustawiania części roboczych względem kierunku napływającego wiatru.

Korzyści z zastosowania wynalazku

- powstanie dodatkowego źródła energii dla zabudowy mieszkalnej i dla celów gospodarczych (źródło energii elektrycznej w budynkach znajdujących się poza zasięgiem infrastruktury energetycznej),
- nowe inwestycje na terenach nie użytkowanych bądź użytkach rolnych zwiększając tym samym wydajność konwersji energii kinetycznej wiatru, a pośrednio przyczyniając się do rozwoju obszarów wiejskich,
- rozwój przedsiębiorstw zajmujących się projektowaniem, budową farm wiatrowych, przedsiębiorstw produkujących elektrownie wiatrowe, firm dystrybuujących alternatywne źródła energii oraz generatory energii z odnawialnych źródeł energii,
- zagospodarowanie obszarów o prędkości mniejszej od średniej rocznej prędkości wiatru,
- zmniejszenie wykorzystania paliw kopalnych, redukcja toksycznych związków zawartych w gazach spalinowych powstałych w czasie spalania paliw stałych,
- stosunkowo mniejsze koszty i dostępność materiałów upowszechnią budowę i zastosowanie.

Potencjał komercjalizacyjny

Projekt turbiny wiatrowej o regulowanym położeniu łopat roboczych jest ciągle na etapie prowadzenia prac badawczo- rozwojowych polegających na wykonaniu modeli i prototypów charakteryzujących się coraz większą sprawnością. Już na tym etapie zostały określone cechy użytkowe i oszacowane cechy ekonomiczne nowych produktów.

W celu wdrożenia wynalazku należy przenieść wykonywane badania na rzeczywistą konstrukcję o generowanej mocy równej zapotrzebowaniu przeciętnego gospodarstwa domowego. Dodatkowo należy opracować:
- sposób regulacji ustawienia kąta rozwarcia łopat;
- podłączenie instalacji elektrowni do sieci;
- maszt nośny zespołu wirnika (fundamentowane lub łączone z budynkiem).

Konieczne jest też nawiązanie współpracy z przedsiębiorstwami, które mają w swoim asortymencie podzespoły współpracujące z turbiną tj. przekładnie, generatory, akumulatory itp.