174597. lajstromszámú szabadalom • Szélerőmű
5 174597 6 (mind vízszintes, mind függőleges irányban) mérési értékeket lehessen betáplálni. A megkívánt szöghelyzetváltozásokat például egy kardáncsuklóra felfüggesztett szélirányjelző, illetve a szélirány változásokat mind vízszintes, mind függőleges irányban érzékelő szélirányjelző révén lehet mérni, majd villamos jelekké átalakítani, és így a vezérlőberendezésbe betáplálni. A forgórész fordulatszámát egy önmagában ismert fordulatszám-mérővel mérjük és szintén villamos jelekként tápláljuk be a vezérlőberendezésbe. A vezérlőberendezés elektronika, amely a betáplált jeleket a pörgettyű-elv szerint a beáilítóberendezés kimenő jeleinek alakjára alakítja át. Ily módon a találmány szerinti szélerőmű forgórészének vagy forgórészeinek folyamatos, a szél irányától függő, finomvezérléses irányszabályozását tudjuk végrehajtani. A találmány szerinti megoldásnak megfelelően felépített szélerőmű úgy is kialakítható, hogy abban az esetben, ha nagyerejű széllökések (vihar, orkán) érik, akkor valamennyi, a tengelyekre forgató nyomatékot átadó szerkezete, például a beállítószerkezete kiiktatható, vagyis a magassági tengelyre, a billenőtengelyre, illetve a forgórész tengelyére ható kényszerkapcsolat megbontható. Ilyenkor a forgórészek a szélerő hatása alatt önműködően, a precesszió révén minimális széllökésnek kitett semleges helyzetbe állnak be. Ilyen módon a szélerőmű automatikus, túlterhelés elleni biztosítása is végrehajtható. A találmány szerinti szélerőműnél mind a magassági tengely körül történő elfordulást biztosító beállítószerkezete, mind pedig egyéb beállítószerkezetek, melyek például a billenőtengely körüli elfordulást hajtják végre, - különösen akkor, ha mechanikus vagy elektromechanikus berendezésekről van szó - kettős feladatot látnak el. Ezen berendezések révén a forgómozgást végző forgórész-rendszer a precesszió által megadott szélirányba állhat be, és ebben a helyzetben marad. Ha a forgórészek állnak, akkor ezek a berendezések arra szolgálnak, hogy a forgórészt vagy forgórészeket a megkívánt helyzetbe beállítsák, illetve elforgassák. A találmány szerinti megoldásnak megfelelő szélerőmű valamennyi kiviteli példájának az a közös, nagy előnye, hogy egyrészt könnyűszerkezeti kivitelben, relatíve csekély ráfordítással (anyag és költségráfordítással) lehet felépíteni, másrészt, hogy folyamatosan és állandóan a szélirányba lehet beállítani és így a szél erejét különösen gazdaságosan lehet kiaknázni. Annak következtében, hogy a tartószerkezetre ható precessziós erőket ki lehet iktatni, a találmány szerinti szerkezeti megoldással nagyberendezések is építhetők, melyek már egészen csekély szélmozgást is tudnak gazdaságosan hasznos munkára kiaknázni. A találmány szerinti megoldásnak megfelelő szélerőmű előnyösen úgy van felépítve, hogy a szélerőmű konstrukcionális elemei és a forgórész(ek) csapágyazása oly módon van kialakítva, hogy mind a forgórész forgástengelyére, mind a billenőtengelyre, mind a magassági tengelyre nézve a tömegek ki vannak egyenlítve. Ily módon biztosítható az, hogy a súlypont körül például a billenőtengelyen a tartószerkezet súlyának egyenlőtlen eloszlása következtében ne ébredjenek olyan forgatónyomatékok, melyek - mihelyt a forgórészek forgómozgásba jönnek — a forgórendszer precesszióját idézik elő. Ha ez az egyensúlyi-, illetve tömegkiegyenlítettségi helyzet nem lenne meg, akkor a súlypont hatását adott esetben a mindenkori tengelyre ható beállítószerkezet révén ki kellene egyenlíteni, hogy a nem kívánatos precessziókat elkerülhessük. Bizonyos körülmények között előnyös lehet egy olyan szerkezeti megoldás is, amikor a súlyeloszlás szempontjából előre számított súlyeltérések révén automatikus preceszsziót és ezáltal a forgórésznek, vagy forgórészeknek egy meghatározott helyzetbe történő automatikus átállítását kívánjuk végrehajtani akkor, amikor a beállítószerkezet üzemen kívül van. A találmány szerinti megoldásnak megfelelő egyik kiviteli példát képviselő szélerőmű úgy van felépítve, hogy két koaxiális, koplanár, egymással szembeni forgómozgást végző rotor van a forgástengelyre csapágyazva. Ha e megoldás esetén két egymáshoz képest szemben forgó, koaxiális és azonos síkú (koplanár) forgórészt alkalmazunk, akkor a szélkerekekre áramló levegőmozgás ezeket azonos fordulatszámmal forgatja. Ebből az következik, hogy az a szélimpulzus, amely az egyes szélkerekekre hat, arányos a szélkerekek adott felületével. Ebben az esetben azonban a.szél által a forgórész felületére ható energia a mindenkori rotorfelülettel arányos. Koaxiális és koplanáris forgórészek esetében a belső rotornak aerodinamikai megfontolások miatt kisebbre van méretezve a rotorfelülete, mint a külső rotoré. Általában mondhatjuk, hogy a külső forgórész vagy rotor forgássebessége nagyobb, mint a belső rotoré, különösen akkor, ha a két, egymással szemben forgó forgórész vagy rotor egy áramfejlesztő generátor két szerkezeti elemét (stator és rotor) alkotja, — amint ezt később még részletesebben is kifejtjük, tekintettel arra, hogy a külső rotor forgató nyomatéka fordított értelemben azonos értékű a belső rotoréval és mindegyik rotor teljesítménye arányos a fordulatszám és forgatónyomaték szorzatával. Elméletileg lehetséges lenne a találmány szerinti megoldásnak megfelelően olyan szélerőgépet szerkeszteni, melynél a két koaxiális, ellenkező értelemben forgó rotor forgatónyomaték-impulzusa ki van egyenlítve. Ennek az lenne a hatása, hogy a perdületi hatások az egymáshoz képest ellenkező értelemben forgó rotorokon egymást kompenzálnák és így e forgórészek forgástengelyére — függetlenül attól, hogy ez esetben a magassági tengely, a billenőtengely, vagy a forgórésztengelyről van szó — nem jönne létre precesszió. A rotorokra ható forgatónyomatékok (perdület) ilyenfajta kiegyenlítődése gyakorlatban — tekintettel a vázolt viszonyokra — koaxiális, egymáshoz képest ellenkező értelemben forgó rotoroknál nehéz feladatot jelent, mert vagy a belső, kisebb rotor súlyát kellene aránytalanul megnövelni annak érdekében, hogy a tömeg tehetetlenségi nyomatéka nagyobb legyen, vagy a belső rotor fordulatszámát kellene a külső rotoréhoz képest felemelni — például azáltal, hogy a rotorra ható szélirányt befolyásoljuk -, de mindezen intézkedések következtéén a teljes rendszer hatásfokát csökkentenénk. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
