CS220307B2 - Wind power station - Google Patents

Description

Vynález se týká větrné elektrárny s alespoň jedním rotorem, který je uložen jak otočně №m své os^y o^táčení^, ta^{k i} natočT telně kolem svislé osy, svírající úhel s osou otáčení rotoru a umožňující nastavovacím ústrojím nastavovat rotor v nosné konstrukci podle směru větru, a který pohání pracovní stroj.

Jsou již známé větrné elektrárny uvedeného typu, u kterých je na předním konci v podstatě vodorovného nosníku uložen otočně kolem, vodorovné osy rotor, přičemž vlastní nosník je otočně uložen kolem v podstatě svislé osy a na zadním konci nosníku je upravena vodicí plocha nebo větrná korou^hvi^čka, ^kter^é nastavují v^ětrn^{é k}olo v^{y k}yvováním nosníku kolem svislé osy samočinně do směru větru. Svislá složka větru se přitom vůbec nebere v úvahu. Tyto známé větrné elektrárny se omezují na poměrně mal^{é p}r^ůmer^y vrtuh, jejrnhž prfiměr^y se pohybují řádově do několika , metrů. Při těchto velikostech lze síly, které vznikají v ložiskách hřídelů vrtulí nebo rotorů působením setrvačných účinků vrtulí při změn^ác^h sm^ě’u vrtulí je^št^ě zvhlňiouh Výkon těchto větrných elektráren je však vzhledem K jejich omezeným rozměrům rovněž omezen.

Byl^y již čin^ěn^y pokus^{y p}o^t^^^5^i_^t vetrn vě^- trné elektrárny uvedeného typu, jak je patrno z ^krnh^y „Windkraftwerke“ Honne^ Berlin 1932, ELCAWE-Tagesfragen, nakladatelství Dr. Fritz Pfotenhauer, a z německého patentového spisu č. 556 032. Jedno ze známých amerických pokusných zařízení, které mělo rotor o průměru zhruba 70 m, bylo i při pomalých otáčkách rotoru při změně směru rotoru zničeno tím, že se rotor utrhl z úložné konstrukce a byl vymrštěn stranou.

Z uvedeného je patrno, že síly a deformace, vznikající u takových velkých zařízení, která by byla teprve hospodárná pro využití větru a pro dodávku užitečné energie, nelze až dosud zvládnout, takže využití síly větru se až dosud provádí jen ve velmi omezeném rozsahu a s malými větrnými elektrárnami. S ohledem na zvyšující se nedostatek a na , zdražování jiných zdrojů energie začíná mít hospodárné využití síly větru stále větší a větší význam.

Vynález si klade za úkol vytvořit větrnou elektrárnu v úvodu uvedeného typu, kterou bude lze vyrábět i při jednoduché, konstrukčně lehké a hospodárné konstrukci jako velké zařízení, která bude rychle, přesně a spolehlivě nastavitelná do směru větru bez vzniku jen těžko ovladatelných nebo nezWádnutelných sil a ktor^á umo^žní v provo^- zu optimální využití síly větru, přičemž bude bezpečná, spolehlivá a hospodárná.

Tento úkol se podle vynálezu řeší tak, že hřídel rotoru nebo rotorů je v nosné konstrukci uložen natáčítelně pro umožnění precesního pohybu rotoru nebo rotorů kolem naklápěcích čepů, jejichž osa protíná jak osu otáčení hřídele rotorů, tak i svislou osu, že mimo nastavovacího ústrojí pro natáčení svislé osy rotoru nebo rotorů je uspořádáno servoústrojí pro působení na rotor nebo rotory točivým momentem, který má složku momentového vektoru kolmou k ose otáčení hřídele rotoru nebo rotorů a kolmou ke svislé ose a jejíž okamžitá velikost je ovladatelná s využitím zákonů precese setrvačníku ovládacím ústrojím pro řízení ovládacích časů a momentů nastavovacího ústrojí a servoústrojí, které převádí signály zjištěné měřicími ústrojími o směru větru a o počtu otáček rotoru nebo rotorů se zřetelem na zákony precese setrvačníku na ovládací .signály nastavovacího ústrojí a servoústrojí v souladu s kroutícím momentem^, vy^tvá^řeným nastavovacím tistrojmi v závislosti na usměrňovačích pohybech do směru větru, vykonávaných na rotor nebo rotory.

Větrná elektrárna podle vynálezu má ve srovnání se známým stavem techniky podstatné výhody. U známých větrných elektráren odpovídá výsledná práce kroutícímu momentu, který je třeba k natáčení rotoru a nosníku, na kterém je rotor upraven, kolem svislé osy, a velikosti úhlu otáčení do systému přivedené práce, která je výsledkem zpomalení otočného pohybu rotoru nebo rotorů. Využití této energie je třeba považovat za dvojnásobnou ztrátu, protože energie, které je třeba využít pro pootočení systému kolem svislé osy se objeví jako odpovídající ztráty rotační energie rotoru nebo rotorů. Ve srovnání s tím spočívá vynález na myšlence považovat rotor nsbo rotory větrné elektrárny za setrvačníky a vyu^žívat precese^{, k}terá vzrnká pn ^účinku ^působení vnějšího kroutícího momentu na otá^čej^íc^í se setrva^čn^{ík, p}ro systém pro nastavování polohy, to je pro nastavování polohy rotoru nebo rotorů ve směru větru.

U větrné elektrárny podle vynálezu je každý rotor otočně uložen kolem tří os, které navz^ájem svíraj^í lihe^ fo je Mem o^sy otá^čem rotory ^kolem svmté osy a ptaavrté kolem naklápěcí osy. Jestliže pro snadné vysvětlení vyjdeme z toho, že svislá osa je kolmá na podložku, osa otáčení rotorů je v podstatě vodorovná a ve směru větru a naklápěcí osa je v podstatě vodorovná a příčná ke směru větru, potom při pootočení rotor nebo rotory unášející nosné konstrukce kolem svislé osy prostřednictvím nastavovacího ústrojí, například otočného pohonu nebo řídicích klapek, vykývne za předpokladu, že se rotor nebo rotory otáčejí a tak tvoří setrvačník, osa otáčení rotorů podle smyslu otáčení nosné konstrukce kolem svislá osy buď vzhůru, nebo dolů působením precese rotoru nebo rotorů kolem naklápěcí osy. Uspořádání naklápěcí osy tedy zajišťuje, že nosná konstrukce nemusí zachycovat úložné síly působící proti precesi. Tyto úložné síly jsou při vysokých otáčkách rotoru nebo rotorů nebo při velkých rozměrech rotoru nebo rotorů, to je řádově při průměrech kolem 100 m, i při pomalém pohybu rotorů tak velké, že pro jejich zvládnutí by bylo třeba stavět nosné konstrukce s velmi nehospodárnými rozměry. Mimoto by bylo bez naklápěcí osy třeba při pootočení kolem svislé osy brát v úvahu již uvedenou dvojnásobnou ztrátu energie, která vzniká u známých větrných elektráren. U ^д větrné elektrárny podle vynálezu lze tedy vytvářet velmi lehkou nosnou konstrukci, protože musí přenášet toliko váhu rotoru » nebo rotorů, avšak nemusí zachycovat úložné síly, vznikající přídavně působením precese.

Větrná elektrárna podle vynálezu, u které se při pootočení systému kolem svislé osy v^ykývne ^ta^ké osa otáčení rotoru vzh^ůru nebo dolů, je využitelná bez přídavných nastavovacích ústrojí v těch případech, kdy vo^dorovný směr větru zůstévá v ^podstaté konstantní, avšak má být zajištěno přizpůsobování polohy rotoru změnám svislých složek větru, například při směru větru vz^hůru nebo dota. ^To je třeba na^př^íklad ^při. uspořádání větrného kola napříč k hluboce zaříznutému údolí nebo kaňonu, kdy vítr neustále vane ve směru údolí nebo kaňonu, avšak má kolísající složky ve směru vzhůru nebo dolů.

Má-li se však u větrné elektrárny podle vynálezu uskutečnit přizpůsobení polohy rotoru nejen ke změnám svislé složky směru větru, avšak i ke změnám vodorovné složky směru větru, potom se podle vyynálezu předpokládá úprava přídavného nastavovacího ústrojí, které připouště působení kroutícího momentu na naklápěcí osu. -Pokud ' se rotor ne^bo rotory u takto vytvořené v^ětrné elektrárny ^podle v^ynátézu otáčej^ půsoln vliv kroutícího momentu na naklápěcí osu vznik precese, která je daná rotorem nebo _t rotory vytvářejícími setrvačníkový systém * a půsoM Mem svmté osy^, to znamená^, že je důsledkem nastavení rotorů vzhledem k vodorovnému směru větru.

^Má-li se .uskutečnit pizprsobern jak к vo^dorovn^ému sm^ěru v^ěfru^, ta^{k i k}e svislému sm^ěru vPru, ^lze privádP' pri využití precese kroutící momenty nastavovacím ústrojím na svislou osu systému a druhým nastavovacím ústrojím na naklápěcí osu systému. Jako nastavovací ústrojí jak pro svislou osu, tak i pro naklápěcí osu lze použít na tyto osy působící elektromotory. Jako nastavovací ústrojí působící elektromotory lze ovládat ovládacím ústrojím, do něhož se přivádějí jako měřené veličiny rychlost otáčení rotoru nebo rotorů, požadované změny úhlu osy otáčení rotorů ve vodorovném směru a požadované změny úhlů osy otáčení rotor^ů ve svistém sm^ěru. Poži^dované zm^ěn^y úhlů jak ve vodorovném, tak i ve svislém směru lze měřit například v kardanovém kloubu zavěšenou větrnou korouhvičkou, převádět je na elektrické signály a předávat je do ovládacího zařízení. Počet otáček rotoru nebo rotorů lze měřit obvyklým otáčkoměrem a předávat rovněž jako elektrický signál do ovládacího zařízení. Ovládací zařízení, které může být vytvořeno jako elektronické ústrojí, přeměňuje dodané signály podle vztahů teorie setrvačníků na příkazy pro nastavovací ústrojí svislé nebo na· klápěcí osy. Tak je možné průběžné a citlivé ovládání směru rotoru nebo rotorů větrné elektrárny podle vynálezu v závislosti na směru větru.

Větrná elektrárna podle vynálezu může být vytvořena i tak, že v průběhu bouří o velké síle, například při orkánu, se všechna ústroj ^pro v^ytvá^řem kroutících momentů na osách systému, to je na svislé ose, naklápěcí ose a ose otáčení rotorů, tvořená například jedním nebo několika nastavovacími ústrojími, vyřadí z činnosti, to znamená, že se vyřadí z činnosti všechny nucené podmínky působící na tři uvedené osy. V takovém případě se potom rotor nebo rotry nastaví působením síly v^ětru samo^činn^ě účinkem precese do neutrální polohy, to je do takové polohy, kde kladou minimální o^dpor větru. ^Tak se zajistí samočinné zajfétění větrné elektrárny podle vynálezu proti přetížení.

U větrné elektrárny podle vynálezu mohou nastavovací ústrojí pro natáčení kolem svislé osy a případně upravená nastavovací ústrojí pro natáčení kolem naklápěcí osy, zejména tehdy, jedna li se o mechanická nebo elektromechanická zařízení, plnit dvojí funkci. Těmito zařízeními lze obíhajrn s^yst^ém rotorů vés^t v ^dan^ém sm^ěru větru precesí a v tomto směru větru jej udržovat. Pokud se systém rotorů neotáčí, lze tato ústrojí využít k tomu, aby se rotory otočily do požadované polohy.

Všechna uspořádání větrné elektrárny podle vynálezu mají tu společnou výhodu, že lze je postavit s velmi malými konstrukčními náklady, lehké z hlediska váhy a tím i s nepatrnými materiálovými náklady. Tyto konstrukce umožňují kontinuální přesné přizpůsobení okamžitému směru větru a tím i zvláště hospodárné využití síly větru. Vzhledem k odstranění nežádoucího účinku precesních sil na nosnou konstrukci větrné elektrárny podle vynálezu lze stavět i velká zařízení, která umožňují hospodárné využití větru i tam, kde vane jen vítr s nepatrnými rychlostmi.

Podle dalšího výhodného vytvoření vynálezu je větrná elektrárna uspořádána tak, že hmoty podílející se na otočném pohybu kolem osy hřídele rotorů, osy naklápěcích čepů a svislé osy jsou vyváženy. Tak se za jistí, že vliv síly tíže, vznikající například nerovnoměrným rozdělením váhy nosné konstrukce kolem osy naklápění, bude vykonávat kroutící momenty, vyvolávající precesi systému rotorů, pokud se rotory otáčejí. Pokud by nebylo vyrovnání vah, případně setrvačností zajištěno, potom je třeba účinek síly tíže kompenzovat, případně kolem příslušné síly tíže kompenzovat, případně kolem příslušné osy působícím nastavovacím ústrojím, aby se tak zabránilo nežádoucímu vzniku precese. Za jistých okolností však mů^že ^bý^t vý^ho^dná ⁱ takov^{á k}ons^trukce^, u ^které se prostrednidvím po^žadované nerovnováhy v rozdělení vah dosáhne samočinné precese a tím i samočinného převedení rotoru nebo rotorů do určité polohy, pokud jsou nastavovací ústrojí mimo provoz.

Zvláště příznivého vytvoření elektrárny podle vynálezu se dosáhne tím, že na hřídeli jsou otočně uloženy dva souosé, v jedné rovině a protiběžně se otáčející rotory.

P^irx^iij^-^li se u větrné elektrárny podle vynálezu dva protiběžné, souosé a v jedné rovině uspořádané , rotory, působí vítr na tyto rotory stejnou rychlostí. Z toho vyplývá, že vzduchový impuls, který přichází na každý z rotorů, je úměrný okamžité ploše tohoto rotoru. Tím je však také větrem na každý rotor přenášená energie úměrná k příslušné ploše rotoru. U souosých a v jedné rovině uspořádaných rotorů má vnitřní rotor z hlediska aerodynamických vlastností přiměřeně upravenou délku rotorových listů, což zpravidla znamená, že také plocha vnitrního rotoru je men^ší ne^{ž pl}oc^ha vnějšího rotoru. Podle všech pravidel je potom r^ych^los^t O^táčení vn^ěj^šího rotoru vdsí než rychlost otáčení vnitřního rotoru, a to zejména tehdy, pokud oba protiběžné rotory vytvářejí obě dvě části generátoru proudu, te^dy jakýsil stator a roto^ jak bu^de ještě ^pozdějⁱ v^ysv^ětleno. ^V takovém ^případě musí být totiž kroutící moment vnějšího rotoru v opačném Smyslu stejně velký jako kroutící moment vnitřního rotoru a vý^kon kaž^dého rotoru musí být úměrný součinu rychlosti otáčení a kroutícího momentu.

Teoreticky by bylo možné u uvedeného uspořádání větrné elektrárny podle vynálezu vyrovnat moment hybnosti, to je moment impulsu v krutu u obou souosých protiběžnýc^h rotorm Důsle^dkem ta^kov^ého uspoř^ádání by bylo, že setrvačné účinky protiběžných rotor^{ů by} se vz^emně v^yrovnával^y a působení kroutících momentů na osu otáčení rotorů, nezávisle na tom, zda by sledovala svislou osu, naklápěcí osu nebo osu otáčení rotorů, by nevyvolávalo precesní pohyby. V praxⁱ je v^ša^k ta^kov^é v^yrov.n^ám momentů hybnosti velmi obtížným úkolem, protože buď by bylo nutné dát menšímu vnitřnímu rotoru nepřiměřeně vysokou váhu, aby se je^ho setrvačný moment ^přís^^^šn^ě zvýšit nebo ^by se musela zvýsd r^yc^hlost otáiření vnitrního rotoru nad rychlost otáčení vnějšího . rotoru, .například vhodným působením proudícího větru, což však by velmi -nepříznivě ovlivňovalo účinnost celého systému.

Z toho ..důvodu je u souosých, protiběžných . a v jedné rovině uspořádaných rotorů větrné elektrárny podle vynálezu zpravidla výhodné vytvořit jeden z obou rotorů s parametry co nejlepší účinnosti z hlediska techniky proudění a s co nejmenší - váhou. U . takového uspořádání se setrvačné účinky obou protiběžných rotorů navzájem neruší, avšak zůstává výsledný moment rychlosti, který se potom podle vynálezu použije pro usnadnění nasměrování otáčejícího se systému rotorů do požadovaného směru - větru využitím precese. V . každém případě lze však uspořádáním souosých protiběžných rotorů podstatně zmenšit nebo zcela vyloučit účinek precese, a · to i při uspořádání rotorů s velkými rozměry, případně při rychle se otáčejících rotorech ve srovnání s jedním rotorem stejně velkého celkového vnějšího prům^ěru. . ^Z toho d^ůvo^du je pri nastavovacím pohybu rotorů precesní účinek relativně maty, p^řípa^dn^ě zcela od^pa^dne a ^půso^bí jen nepatrné celkové síly. Mimoto se vytvářejí použitím .dvojitého rotoru velmi výhodné konstrukční podmínky, které budou ještě v dalším blíže rozebrány.

Větrná elektrárna podle vynálezu se dvěma souosými, protiběžnými a v jedné rovině uspořádanými rotory je podle dalšího' výhodného vytvoření vynálezu upravena tak, že každý z obou protiběžných rotorů má po obvodu v .roztečích uspořádané budicí póly, spolupracující s budicími póly druhého rotoru, přičemž alespoň budicí póly jednoho z rotorů maj^í elektrická vinuty s^pojen^á vedeními s . . kolektorem, takže oba rotory tvoří navz^ájem se otóčejW čású geneiětoru proudu.

Po . obvodu protiběžných rotorů lze upravit vždy větší počet pólů. Tyto póly přitom mohou být vytvořeny velmi malé a konstrukčně lehké. . Tak lze vytvořit generátory proudu, případně elektromotory, které tvoří s rotorem jedinou jednotku a mají velmi malou výkonovou váhu. Proud, vytvořený v takovém generátoru proudu, lze přivádět přes kolektor a případně za něj přiřazený usměrňovač nebo měnič do sítě do pracovního zařízení.

Datéího žíznivého vytooroní větrné elektrárny podle vynálezu, u kterého se předpokládá buď jen jediný rotor, nebo dva souosé, v jedné rovině uspořádané a protib-šžné rotory, se dosáhne tak, že rotor nebo každý z protiběžných rotorů má po obvodu v roztečích . uspořádané budicí póly, spolupracující s budicími póly, uspořádanými v roztečích a neotočně kolem hřídele rotoru, přičemž bud budicí póly rotoru nebo rotorů, nebo budicí póly uspořádané neotočně kolem hřídele rotorů mají elektrická vinutí, spojená vedeními s kolektorem, takže rotor nebo každý z protiběžných rotorů tvoří spo lu s přiřazenými, neotočně ‘vzhledem k hřídeli rotorů uspořádanými budicími . póly části generátoru proudu.

I u tohoto uspořádání je možné uspořádat větší počet pólů rozděleně po obvodu příslušného rotoru, případně . proti otáčení relativně k ose otáčení zajištěné a kolem .ní uspořádané póly, a to na kruhu .o relativně velkém průměru. Tak lze i v tomto případě elektromotor s velmi malou výkonovou váhou.

Větrná elektrárna podle vynálezu může být s výhodou podle jednoho příkladu provedení vytvořena také tak, že budicí póly vždy jedné části generátoru proudu, například budicí póly rotoru nebo budicí póly us^po^řádan^é neoto^čn^ě kolem hřídeta rotorů jsou vytvořeny jako budicí . póly s trvalým magnetem.

U takového vytvoření je třeba odvádět ‘ nebo přivádět proud toliko z ‘vinutí .pólů jedné části, . například otáčejícího se rotoru . při dvou protiběžných rotorech nebo z vinutí pólů zajištěných proti otáčení kolem osy otáčení rotorů. Jak již bylo uvedeno, je u tachto .us^po^řádání v^trn^é elektrár-n^y .podle vynálezu vyráběn proud, jakmile se rotory otáčejí působením .proudu větru. Velká .výhoda těchto uspořádání spočívá v tom, že při rotorech v klidu .nebo jen pomalu .se otáčejících rotorech působí při přívodu proudu do elektrických vinutí . pólů . celý . systém jako elektromotor, kterým ‘lze uvádět -rotory do ot^áčiv^ého ^poh^ybu ne^bo je ^pri jejich otáčení zrychlovat. Tak lze například při s^pou^štěm větrné elektrárn^y ^iz^sobit. rychle počet otáček rotorů právě panujícím ‘ poměrům . proudění větru a tak uvést rotory na taliovou r^htost . otočení, která je optimální pro dané proudění větru. Jakmile se dosáhne této rychlosti, lze motorový provoz přerušit ukončením přívodu proudu a přepnout jej na generátorový provoz.

•Pnzmvého v^voteri v^ětrn^é elektrárn^y podle vynálezu se dosáhne také tak, že věnec . rotorových listu ^ka^ždé^ho rotoru je ‘ Ob^klopen jak na vnitřním o^odp tak i na vn^ěj^ším o^bvodu ^plášíovým ^prstencem.

^Tak se dosá^hne nejen .stalnlní konstrukce rotorů ale umo^žní se mm to vedení ^proudění větru plochami rotorů, čímž se zajistí podstatně příznivější využití .energie větru.

Příznivého vytvoření větrné elektrárny po^dle vynálezu se dosáhne ta^ké ‘ tak že každý ze souosých, v jedné rovině uspořádaných a protběžně se otáčejících rotorů je uložen na hřídeli rotorů prostřednictvím alespoň jednoho náboje, a že vnější rotor je upevn^ěn na sv^ém ná^b<^^ⁱ vz^pěramⁱ, ptosahujícími vnitřní rotor po . obou stranách a uspořádanými šikmo ‘navenek směrem k náboji vnějšího rotoru.

Tato konstrukce umožňuje nejen velmi lehkou stavbu, která je mimoto z hlediska ohybu tuhá proti účinku ‘ precesních . sil, půsohícmh v hlavrn rovině rotor^u ale nejjed220307 noduššími prostředky se také zajistí, že ohyb v - opačném smyslu z hlavní roviny rotorů protiběžných rotorů, způsobený účinkem precesních sil, zůstává jen nepatrný. . Tím se ^ta^ké pra^ktic^ky nemční prstencová štěrbina mezi protiběžnými rotory a i účinnost generátoru proudu, vytvářeného protiběžnými rotory, je prakticky konstantní.

Nezávisle na popsané vzpěrné konstrukci mají souosé, v jedné rovině uspořádané a protiběžné rotory ve srovnání s dosud používanými koaxiálními, protiběžnými a za sebou us^pořádanými rotory mimo jiné ^tu výhodu, že u rotorů uspořádaných v jedné rovině, vytvářejících části generátoru proudu, je určující radiální rozteč, která působením precesních sil se mění jen nepatrně a v podstatě z^ůs^tává na obvo^du konstanta^ zarimco u za sebou uspořádaných rotorů je rozhodující axiální rozteč, která se působením precesních sil u protiběžných rotorů na ob vodu značně mění, což způsobuje obtíže při využiri takOvýc^h rotorů jako ^čásH generátoru proudu, případně to zcela znemožňuje vzhledem k tomu, že změny činné vzduchové mezery jsou příliš značné.

Zvláště příznivého vytvoření se dosahuje tím, že z proti sobě uspořádaných budicích pólů navzájem relativně pohyblivých pólových řad částí tvořících proudový generátor přesahuje buď budicí póly radiálně vnější části, nebo budicí póly radiálně vnitřní části rovnoběžné se směrem hřídele rotorů na obě strany přes protilehlé budicí póly opačné částí.

Pokud se u takov^ého vytvořeri retativrá navzájem se otáčející části generátoru proudu nebo motoru přesunou ve směru osy otáčení axiálně po sobě nebo mimo sebe, například působením precese u protiběžných rotorů ^potom se dosáhne toho, že od jednoho pelu k druhému pólu probíhající magnetické pole není tímto relativním posunutím ani zeslabeno, ani přerušeno, nýbrž zůstane zachováno v plné sí'e, a to dík tomu, že z každé dvojice pólů je jeden pól v axiálním směru na obě strany delší než pól protilehlý. Protože se u těchto axiálních posunutí jedná o relativně malé hodnoty, u kterých zůstává radiální vzdálenost mezi póly v podstato nezměnёna^, zatezpem uve^dená ^konstrukce ^ů že v ^provozu zůstanou ^poměry magnetického pole prakticky beze změny, což zajišťuje bezporuchovou výrobu proudu, případně výkon motoru. Tuto konstrukci pólů je možné využít výhodně nejen ve spojení s rotory větrných elektráren, avšak i u jiných generátorů proudu nebo elektrických motorů u kterých m^ůže ^působením vnějších vlivů dojít k axiálnímu posunutí mezi částí vytvářející v podstatě stator a ^částí vytaáirnjtó v ^po^dstate rotor.

Další výhodné vytvoření větrné elektrárny podle vynálezu je uspořádáno tak, že na Každém rotoru je axi^áln^ě · vedto se^be uspořádáno ve sm^ěru osy hndete rotorů vtoe řa^d budicích pó^lů, spolujpracujm^ s řa^damⁱ toodkuch pól^{ů d}ruhé ^stt teorirí s rotorem generátor proudu.

Tak lze upravit velký počet pólů a tím i na relativně malém prostoru při použití toliko jednoho nebo dvou protiběžných rotorů vyrábět velký elektrický výkon, případně jej odebírat při motorovém provozu.

Podle dalšího výhodného vytvoření podle vynálezu je větrná elektrárna upravena tak, že hřídel rotoru nebo rotorů je otočně uložen v podstatě uprostřed nosné Ronsíruxce, upravené alespoň po jedné straně rotoru ne^bo rotorů dtametrákm ^k němu ne^bo ^k пш a svými naklápěcími čepy je uložen vzhledem k hřídeli . rotorů v diametrálně uspořádaný^ to^žiskác^h naMo^telnů přtoemž osy naklápění ložisek jsou v hlavní rovině rotorů a ložiska jsou upevněna v podpěrné konstrukci.

Tato konstrukce umožňuje i při lehké a stabilní štavbě zajistit vykývnutelnost osy ot^ern rotor^ů kotem ^přídavné naMá^rn osy.

Další výhodné vytvoření větrné - elektrárny podle vynálezu spočívá v tom, . že . pod^pěrná konstru^kce je v^ytvo^řena . ja^ko odstavec, uložený otočně kolem ' svislé osy ve dvojici valivých válečků a na otočném věnci.

Uvedená konstrukce umožňuje vytvořit větrnou elektrárnu, u které je rotor nebo rotory ote^čný ^kolem tn os, to je ^kolem osy otáčení rotoru, kolem naklápěcí osy a kolem svislé osy.

Uvedené uspořádání větrné elektrárny po^dle vyn^álezu může ^bý^t s vý^ho^dou ^dále v^ytvořeno tak že ates^po^ň ' na jetoom konm nosné konstrukce je uspořádáno servoústrojí pro působení kroutícím momentem na nosnou konstrukci vektorem kroutícího momentu, působícím v ose otáčení naklápěcích čepů nosné konstrukce.

Ustro^{jí p}ro ^půso^bern krouticta momentem lze vytvořit například jako elektromotor, který působí kroutící moment kolem osy otáčení nosné ^konttru^kce^, to znamená ve^ktorem krouttetoo momentu v naktapěd ^ose půso^bí kolem naktap^ osy. ^pohon ke vytvořit tak, že v době, kdy není zapojen, umožiiuje vohié otáčem nosné ixonstaukce kolem osy nakláipténí, to znamená poo^ern při Chodu naprázdno.

Při použití souosých, v jedné rovině uspo^řádanýc^h a protteěžný^ rotorů. lze zv^{láště p}říznivého v^ytvořern větrn^é elektrárny p^odle v^ynálezu -dosáhnout ta^ké taů že no^sná konstrukce je opatřena nosným prstencem, který je uspořádán soustředně mezi souosými, v jedné rovině uloženými protiběžnými rotory a na toerém je vnitrrn ^rotor oto^čně uložen -svým. vnějším obvodem a vnější rotor svým vnitřním obvodem.

U této konstrukce je možné uspořádat jak na vnějším obvodu vnitřního rotoru, - tak i na vnitřrnm o^bvo^du vn^ěj^šího rotoru vž^dy jednu řadu pólů, vytvořených z trvalých ma^gnetů a na o^bvo^du nositeho ^prstence ^bu220307 dici póly s vinutím, které spolupracují s řadami pólů z trvalých magnetů. Další výhoda tohoto uspořádání spočívá v tom, že u něj není třeba vytvářet kluzné kontakty pro vedení proudu z vnitřního rotoru nebo z vnějšího rotoru na podstavec.

• Popsané uspořádání větrné elektrárny podle vynálezu může být s výhodou uspořádáno také tak, že na vstupním čelním okraji nosného prstence je uspořádána nastavitelně a přestavitelně alespoň jedna řídicí klapka.

Prostřednictvím takové řídicí klapky nebo několika diametrálně, případně rovnoměrně po obvodu nosného prstence uspořádaných řídicích klapek je například možné ovládat směs proudu větru před rotor, například přednostně před jeden z rotorů. Mimoto takové ovládací klapky umožňují vytvářet klopné momenty, působící na systém rotorů, a to využitím síly větru působící na řídicí klapky a tak dosahovat požadované precese systému rotorů. Lze tedy za určitých okolností tyto ovládací klapky využít místo mechanických nebo elektromechanických nastavovacích ústrojí pro zajištění kroutících momentů, jejichž vektor leží například v ose naklápění. Je přitom samozřejmým předpokladem, že ovládací klapku nebo několik ovládacích klapek lze nastavit tak, aby nevzniklo rovnoměrné silové působení po celém obvodu rotoru.

Aby bylo možné dosáhnout přizpůsobení rotoru nebo rotorů změnám svislé složky proudění větru využitím precese rotorů, lze vytvořit celé uspořádání také tak, že hřídel rotorů má před a za hlavní rovinu rotorů vyčnívající konce, které jsou uloženy ve vodicích drahách v přední a zadní části nosné konstrukce a jsou při vykonávání kroutícího momentu posuvné servoústrojím v opačných směrech v rovině, tvořené hřídelem rotorů a svislou osou.

Tak lze zajistit vykyvování osy otáčení rotorů kolem svislé osy v určitých mezích úhlu natáčení. Při takovém vykývnutí bude rotor vykonávat preceaní pohyb a pohybovat se vzhůru nebo dolů, čímž se bude přizpůsobovat změnám svislé složky proudění větru. Vodorovný směr větru musí zůstat u tohoto vytvoření větrné elektrárny podle vynálezu v podstatě konstantní, což je u proudění větru v kaňonu prakticky zajištěno.

Další příznivé konstrukční vytvoření popsaného příkladu provedení větrné elektrárny podle vynálezu spočívá v tom, že konce hřídele rotorů jsou uloženy v kulových kloubech ve smýkadlech vedených ve vodicích drahách a že servoústrojí má dva pohony s vřetenem, z nichž každý posouvá jedno smýkadlo.

Vynález je v dalším podrobněji vysvětlen na několika příkladech provedení ve spojení s výkresovou částí.

Na obr. 1 je znázorněn pohled na první příklad provedení větrné elektrárny podle vynálezu, a to částečně v řezu. Na obr. 2 je znázorněn pohled na druhý příklad provedení větrné elektrárny podle vynálezu, a to v některých částech toliko schematicky a v některých v řezu. Na obr. 3 je znázorněn v řezu detail podle čáry III—III z obr. 2, a to ve větším měřítku. Na obr. 4 je znázorněn podélný rez čtvrtým příkladem provedení větrné elektrárny podle vynálezu. Na obr. 5 je znázorněn podélný řez pátým příkladem provedení větrné elektrárny podle vynálezu. Na obr. 6 je znázorněn podélný řez šestým příkladem provedení větrné elektrárny podle vynálezu. Na obr. 7 je znázorněn pohled na dvojici pólů generátoru proudu, která je vytvořena u větrné elektrárny podle vynálezu, a to v částečném řezu.

U prvního příkladu provedení větrné elektrárny podle vynálezu, která je znázorněna na obr. 1, jsou na společném hřídeli 3 otočně uloženy dva souosé, v jedné rovině uspořádané a protiběžné rotory 1, 2. Věnec rotorových listů obou rotorů 1, 2 je obklopen jak na vnitřním obvodu, tak i na vnějším obvodu vždy jedním plášťovým prstencem 1‘, 1“, případně 2\ 2 ‘. Hřídel 3, který tvoří v podstatě osu otáčení obou rotorů 1, 2, je otočně uložen uprostřed nosné konstrukce 4. Nosná konstrukce 4 je u daného příkladu provedení vytvořena z několika navzájem svařených profilů nebo trubek, přičemž jedna část této nosné konstrukce 4 je na jedné straně obou rotorů 1, 2, jak je to patrno na obr. 1, a druhá část nosné konstrukce 4 je na druhé straně obou rotorů 1, 2. Na obou koncích nosné konstrukce 4 jsou uspořádány po obou stranách rotorů 1, 2 upravené části. Na jednom konci nosné konstrukce 4 je upraven čep 4‘, na druhém konci čep 4⁴, který lícuje s čepem 4‘, přičemž oba čepy 4‘, 4“ leží v hlaní rovině rotorů 1, 2. Cepy 4\ 4“ jsou otočně uloženy v diametrálně proti sobě upravených ložiskách 5, 6, jejichž ideální osy otáčení leží v hlavní rovině rotorů 1, 2 a lícují navzájem. Ložiska 5, 6, která jsou u znázorněného příkladu provedení vytvořena jako kuličková ložiska, jsou upevněna v podpěrné konstrukci 7, která je u znázorněného příkladu provedení vytvořena jako stojan, svaření ze vzpěr. Ve spodní oblasti podpěrné konstrukce 7 je základní deska 7‘, která je otočně uložena prostřednictvím dvojice 8 valivých ložisek na otočném věnci 9 a může se otáčet kolem svislé osy, procházející rovinou tvořenou hřídelem 3 a ideální spojnicí os ložisek 5, 6. Otočný věnec 9 je к podložce připojen kotevní konstrukcí 19.

Jeden z dvojice 8 valivých válečků je spojen pohonem s nastavovacím ústrojím 11, například elektromotorem, který je upevněn na základní desce 7\ Jakmile se nastavovací ústrojí 11, například elektromotor, uvede v chod, začne dvojice 8 valivých válečků, které jsou vytvořeny jako třecí válečky, otá čet podpěrnou konstrukcí 7 a tím i rotory 1, 2 kolem svislé osy.

Na^klá^pěc^í čep 4“ nosné ^konstru^kce 4 je spojen pohonem se servoústrojím 12, například elektromotorem, který je upevněn na podpěrné konstrukci 7. Jakmile se uvede servoústrojí 12, například elektromotor, v činnost, působí na naklápěcí čep 4 kroutícím momentem, a to jeho vektorem, ležícím v tomto ^če^pu 4“. Tmi se naklapal ro^t.ory 1, 2 kolem osy naklápění, která prochází stře^dy na^klápěcíc^{h č}epů ⁴‘, ⁴⁴‘. U toíto příkladu provedení větrné elektrárny jsou tedy oba protiběžné rotory 1, 2 otočné kolem tří navzájem v úhlu uspořádaných os, to je kolem osy procházející hřídelem 3, kolem os^{y p}roc^házej^íc^í na^klápec^ími ^če^py ' 4/ ⁴“ a ^kolem svis os^y procteizejí středem otočného věnce 9.

Jakrniile se oba protiběžné rotory 1, 2 podle příkladu provedení větrné elektrárny znázorněného na obr. 1 začnou otáčet, představují v . podstatě dva souosé, v jedné rovině uspořádané a protiběžné setrvačníky. Pokud nemají oba tyto setrvačníky takové rozměry, aby jejich momenty hybnosti byly stejně velké v opačném smyslu, jsou při otáčení podpěrné konstrukce 7 kolem svislé os^{y pů}so^bernm nastavovacteo · ^úttroj^{í 11,} například elektromotoru, oba rotory 1, 2 hřídelem 3 vykyvovány vzhůru nebo dolů podle osy naklápění procházející naklápěcími ^čep^{y 4}‘, ⁴“ sitem/ ^které v^yplývaj^í z precese obou rotor^{ů 1}, ² podte zá^kona o pohybu setrvačníků. V opačném případě, pokud by se za uvedených předpokladů uvedlo v chod ^^irvoi^^^trojT 12, · například elektromotor, a 'tím by se hřídel 3 rotorů 1, 2 vychýlil i s rotory 1, 2 kolem osy naklápění procházejí na^klápěc^ímⁱ če^py 4/ 4“ ^by došlo ^k precesi celého systému ^: kolem svislé osy, to znamená, že by se podpěrná konstrukce 7 otáčela kolem svislé osy. U znázorněné větrné elektrárny se te^dy zcela ov^ládá p^ůsobením kroutícího momentu na systém kolem svislé osy prostřednictvím nastavovacího ústrojí 11, případně kolem osy naklápění prostřednictvím servoústrojí 12 přesné nasměrování rotorů 1, 2 na právě panující směr větru, a to využitím precese setrvačníků. Za některých okolností je třeba za^pnou^t ja^k nastavovací ^ústroj^{í 11,} tak: i servoústrojí 12, například elektromotory, po určitou ^do^bu sou^čatně^, a^by se dosáhlo poža dovaného směru. V každém případě však postačují toliko nepatrné, nastavovacím úst-ropm 11 a tervo^ústroj^ím 12 v^ytv^ářen^é kroutící momenty, aby se dosáhlo i při rotorech 1, 2 značně velkých rozměrů správného nastavení rychle a přesně, protože přestavba polohy velkých hmot se uskutečňuje precesi arnž ^{by p}ro zm^ěnu poteí natečete rotorů 1, 2 bylo třeba před tím zmírnit jejich otáčky nebo je dokonce zastavit.

Nosná konstrukce 4 a podpěrná konstrukce 7 musejí přitom zachycovat jen nepatrné, vahou rotorů 1, 2 vznikající síly. Vznik vel14 kých úložných sil, způsobený precesí, jak je ^to zn^ámé u větrných elektráren dosavadního provedení, znamenající vytváření masívních konstrukcí, je zcela vyloučen vzhledem k uložení rotorů 1, 2 kolem tří os.

Ovládání nasměrování rotorů 1, 2 lze uskutečnit u daného příkladu provedení ovládacím ústrojím, které vysílá řídicí signály v závislosti na rychlosti otáčení rotorů 1, 2 a na jejich požadovaném směru. Požadovaný směr, to je směr proudění větru, lze přitom zjišťovat například měřicím ústrojím, jako je měřicí korouhvička zavěšená v karbanovém závěsu. Tou lze zjišťovat požadovaný úhel natočení jak ve svislém, tak i ve vodorovném směru. Signály měřicí korouhvičky lze měnit na elektrické signály, které se zpracovávají v ovládacím ústrojí a převádějí se do povelů pro nastavovací ústrojí 11 a servo-ústrojí 12, například elektromotory. Tak je možná samočinně ' nastavovat rotory 1, 2 ve směru větru.

U příkladu provedení, který je znázorněn na obr. 1 je na vteťřrnm o^bvo^du vn^ěj^šího rotoru 1 a na vnějším obvodu vnitřního rotoru 2 upevněna rovnoměrně po obvodu rozdělená, na výkrese neznázorněná řada budicích pólů. Póly vnitřního rotoru 2 jsou vytvořeny jako trvalé magnety, póly vnějšího rotoru 1 jako elektromagnetické póly, opatřené vinutím. Uspořádání těchto pólů není na obr. 1 znázorněno, avšak odpovídá uspořádání, které je zobrazeno na obr. 5 a o . ^kterém ^bude je^št^ě hovoimno v dali. Elektrická vinutí pólů vnějšího rotoru 1 jsou spojena přes rovněž neznázorněný kolektor, který se předpokládá kolem hřídele 3 a přes třecí kontakt, pohybující se po nosné konstrukci . 4 a spojený s podpěrnou konstrukcí. 7, vedením se sítí, . případně se spotřebičem. Protiběžné rotory 1, 2 vytvářejí u tohoto uspořádání relativně se navzájem otáčející části generátoru proudu. Uvede-li proto proud větru rotory 1, 2 do protiběžného otáčení, dodává tento generátor proud . do připojené sítě nebo do spotřebiče. Je mě rovněž opačně možné uvést protiběžné rotory 1, 2 z klidu do otáčení, pokud se dodává ze zdroje proudu vhodný proud do pólů vnějšího rotoru 1, protože potom pracují rotory 1, 2 jako části elektromotoru. Tak lze při spouštění větrné elektrárny přivést rotory 1, 2 velmi rychle na takové provozní otáč^ky, ^kter^é od^povídaj^í potřebným pro optimální využití proudění větru, které je právě k dispozici.

Uložení rotorů 1, 2 na hřídeli 3 je na obr. 1 znázorněno toliko schematicky. Konstrukci rotorů a jejich uložení lze vytvořit tak, jak je to znázorněno na obr. 5 a jak bude ještě blíže vysvětleno později.

Na obr. 2 je znázorněn druhý příklad provedení větrné elektrárny podle vynálezu. U tohoto provedení jsou opět upraveny dva souosé, v jedné rovině uspořádané a protiběžné rotory I, 2, které jsou otočně uloženy ¹⁵ v nosné konstrukci 4A. Tato nosná konstrukce 4A má nosný prstenec 33, na jehož vnějším obvodu je otočně uložen vnější rotor 1 a na jehož vnitrním obvodu je otočně uložen vnitřní rotor 2. Na obou stranách hlavní roviny rotorů 1, 2 jsou po obou stranách z nosného prstence 33 v diametrálně protilehlém směru upravena nosná ramena 34, 34‘. Na obou koncích nosné konstrukce 4A, tvořené po obou stranách hlavní roviny rotorů 1, 2 upravenými nosnými rameny 34, 34‘, jsou konce nosných ramen 34, případně konce nosných ramen 34‘ navzájem sloučeny a nesou spolu , lícující naklápěcí čepy 4\ případně 4“, uspořádané v hlavní rovině rotorů 1, 2. Uložení těchto naklápěcích čepů 4‘, 4“, jejichž středy prochází osa naklápění, je zajištěno v protilehlých ložiskách 5, 6. Uložení těchto ložisek 5, 6 v podpěrné konstrukci 7 a otočné uložení této podpěrné konstrukce 7 je konstrukčně stejné jako u příkladu provedení podle obr. 1, a proto jej není třeba blíže rozebírat. Totéž platí o uspořádání servoústrojí 12, například elektromotoru, pro působení kroutícím momentem podle osy naklápění, procházející naklápěcími čepy 3\ 4“. Orientace rotorů 1, 2 do požadovaného směru se uskutečňuje u tohoto příkladu provedení podle obr. 2 zcela shodně, jako u příkladu provedení po^dle o^br. 1 takže jⁱ nem tfeba znovu ^po^pisovat.

Na obr. 3 je znázorněn ve větším měřítku řez uspořádáním rotorů 1, 2 u příkladu provedení větrné elektrárny podle obr. 2. Z tohoto ^řezu je ^pa^trno^, že na nosn^ém prstenu 33 jsou rovnoměrně po obvodu otočně uloženy válečky 35‘, 35“, jejichž valivé plochy jsou volně uloženy po obvodu nosného prstence 33 a na nichž je prostřednictvím kolejniček 37 otočně uložen vnější rotor 1. Obdobně je vnitřní rotor 2 uložen na vnitřním obvodu nosného prstence 33 prostřednictvím kolejniček 37 na válečkách 36‘, 36“. Při protiběžném pohybu rotorů 1, 2 je nosný prstenec 33, vytvářející držák válečků 35‘, ' 35“, 36‘, 36“, který je částí nosné konstrukce 4A, v klidu. Je tedy nosný prstenec 33 u tohoto příkladu provedení vytvořen v podstatě jako stator generátoru proudu, zatímco oba rotory 1, 2 lze označit jako rotor takového generátoru · proudu.

Na nosném prstenci 33 jsou jak na vnějším obvodu, tak i na vnitřním obvodu uspořádány rovnoměrně rozděleně elektromagnetické budicí póly 21, které jsou opatřeny vinutím, kterým může protékat proud. Nad temho budicnrn p^l^{y 21} jsou ja^k na vn^sm rotoru 1, tak i na ' vnitřním rotoru 2 uspořádány budicí póly 25 s trvalým magnetem, které spolu s protilehlými budicími póly 21 vytvářejí elelítrický proud. Uspořádání a vytvoření těchto budicích pólů 21, 25 bude v da^lším je^št^{ě p}odrobnějⁱ v^ysvěttano při probírání příkladů provedení znázorněných na obr. 5 a 7.

Hlavní výhoda uspořádání příkladu provedení podle obr. 2 spočívá v tom, ' že ani z vn^ějš^ího rotoru 1 am z vmtřrnho rotoru 2 není třeba odvádět proud přes kluzné kontakty na nosnou konstrukci 4A, nýbrž že se vyráběný proud ve vedeních budicích pólů 21 vytváří a protéká přímo nosným prstencem 33, který patří k nosné konstrukci 4A. Tak je zajištěna bezkontaktní, a proto jednoduchá konstrukce generátoru proudu, který je tvořen nosným prstencem 33 a oběma rotory 1, 2.

Jak je ^patrno z o^br. ² a ³, jsou na nosném prstenci 33, a to na jeho čelním okraji 33‘ na proudové straně, rovnoměrně po obvodu rozdělené, výkyvné uložené a v požadované poloze zajistitelné čtyři řídicí klapky ' 38. Každá ze čtyř řídicích klapek 38 je nastavitelná a zajistitelná na obr. 3 znázorněným sei^^,vo^í^t^t?ojím 39, které může být vytvořeno například jako elektromagnetický solenoid, případně jako hydraulický nebo pneumatický pracovní válec s pístem. Pokud se uskuteční vykývnutí všech čtyř řídicích klapek 38 současně, zúží se tím vstupní průřez vněj^šího rotoru ¹ ve čt^yřech po obvo^du rovnoměrně rozdělených místech. To umožňuje ovlivňovat množství přiváděného větru do celého systému rotorů 1, 2. Řídicí klapky 38 lze však vysouvat také jednotlivě podle volby. Jsou-li například na obr. 2 nahoře znázorněné řídicí klapky 38 vysunuty samostatně, zatímco ostatní řídicí klapky 38 jsou v uzavřené poloze, zajistí se tím nerovnoměrné ofukování vnějšího rotoru 1 vzhle^dem ^k ose na^klápěrn, což způsoto Mo^pný moment systému rotorů 1, 2 kolem osy naklápění. Tak lze využít řídicí klapky 38 jako nastavovací ústrojí pro vytváření kroutícího momentu kolem osy naklápění a tak zajistit uvádění systému rotorů 1, 2 do požadované polohy bud' místo ^^irvo^f^t^iOjí 12, nebo přídavně k němu. Velikost vysunutím jedné řídicí klapky 38 vytvářeného klopného momentu lze ovlivňovat příslušným úhlem vysunutí ' řídicí klapky 38, který lze plynule měnit.

Na obr. 4 je znázorněn další příklad provedern větrn^é elektrony podta v^yn^álezu v pohledu na podélný řez. Pokud některé části tohoto příkladu provedení jsou v principu shodné s částmi již popsaných příkladů provedený jsou ^pro ně ^použi^ty stejné vztahové znaky. U tohoto pnMadu ^prove^dern jsou op^ět upraveny dva souosé, protiběžné a v jedné rovině uspořádané rotory 1, 2, které jsou oto^čně utaženy na hndeh ³‘. ^Věnec rotorových listů každého rotoru 1, 2 má jak na vnitřmm obvody ta^{k i} na vn^Um ' o^bvodu plášťový prstenec. Tím se zajistí takové vedení proudění, které umožní optimální využití energie větru. Vnitřní rotor 2 je na hřídeh ³⁴ uta^žen ^ost^nicMm n^áboje ¹⁷ s kuhčtovými ta^žis^ky, vněj^ší rotor ¹ je na hndeli ³‘ oto^čně uto^žen prostfedrncMm dvou n^ábojů ^{18, 18}‘, ^které maj^í rovn^ěž kú220307 ličková ložiska a jsou upraveny po obou stranách náboje 17.

Vnější rotor 1 je na nábojích 18, 18 upevněn prostřednictvím vzpěr 19, 19‘, které na obou stranách přesahují vnitřní rotor 2 a jsou vzhledem к nábojům 18, 18' uspořádány šikmo navenek. Vnitřní rotor 2 je na svém náboji 17 upevněn větším počtem šikmo uspořádaných vzpěr 20. Touto konstrukcí vytvořenou ze vzpěr 19, 19\ 20 se dosáhne velmi lehké stavby, která však je dostatečně odolná proti vybočení z hlavní roviny rotorů 1, 2.

Také u příkladu provedení рогГе obr. 4 jsou, jako tomu bylo u před shoze jících příkladů provedení, uspořádány po obvodu rovnoměrně rozdělené póly, a to na vnitřním obvodu vnějšího rotoru 1 a na vnějším obvodu vnitřního rotoru 2. U příkladu provedení podle obr. 4 jsou v axiálním směru uspořádány vždy dva póly vedle sebe. Budicí póly 21, upravené na vnějším rotoru 1, mají elektrická vinutí, která jsou spojena neznázorněnými vedeními, uspořádanými podél vzpěr 19 nebo 19', s kolektory 22, spolupracujícími s kluznými kontakty 23, upevněnými na nosné konstrukci 24. Z kluzných kontaktů 23 vedou elektrická vedení к síti nebo ke spotřebiči, přičemž tato vedení nejsou pro názornost celého obrázku zakreslena. Je samozřejmé, že lze do tohoto výstupu zařadit i proudový měnič.

Na vnějším obvodu vnitřního rotoru 2 upravené póly jsou vytvořeny jako budicí póly 25 s trvalým magnetem. Protiběžné rotory 1, 2 vytvářejí tak části generátoru proudu, případně pokud se z vnějšího zdroje přivádí clo vinutí budicích pólů 21 proud, části elektromotoru.

U příkladu provedení podle obr. 4 má hřídel 3⁴ rotorů 1, 2 před a za hlavní rovinu rotorů 1, 2 vystupující konce, které jsou uloženy ve vodicích drahách 1δ\ 13' v přední a zadní části nosné konstrukce 24. Tyto vodicí dráhy 16\ 16“ jsou uspořádány navzájem rovnoběžně ve svislém směru. V oblasti každé vodicí dráhy 16\ 16“ jo uspořádáno servoústrojí, například vždy jeden hydraulický nebo pneumatický pracovní válec s pístem, případně servoústrojí 39 s vřetenovým pohonem, které je uloženo na nosné konstrukci 24. Toto servoústrojí 39 působí na konce hřídele 3‘ tak, že při nadzdvižení jednoho konce tohoto hřídele 3‘ se opačný konec současně o stejnou hodnotu spustí. Tak působí na hřídel 3‘ kroutící moment s vektorem, který leží v ose naklápění, to znamená v hlavní rovině rotorů 1, 2, přičemž protíná svislou osu. Tímto klopným momentem lze vykyvovat hřídel 3“ rotorů 1, 2 a tím i rotorový systém protiběžných rotorů 1, 2 proti ose naklápění. Při otáčejících se rotorech 1, 2 přitom vzniká precesní pohyb kolem svislé osy, který lze využít pro orientaci rotorů 1, 2 podle měnícího se vodorovného směru větru. Nastavení rotorů do směru se uskutečňuje u tohoto příkladu provedení obdobně, jako tomu bylo u příkladu provedení podle obr. 1.

U příkladu provedení podle obr. 4 je nosila konstrukce 24 uložena otočně kolem svislé osy prostřednictvím desky 2ť uspořádané v její spodní oblasti. Toto uložení a nastavovací ústrojí 11, například elektromotor, odpovídají svojí konstrukcí a činností uložení svislé osy u příkladu provedení podle obr. 1, takže není třeba je znovu popisovat.

U příkladu provedení podle obr. 4 je velikost naklápěcího pohybu rotorů 1, 2 výchylkou ve vodicích drahách 16‘, 16“ samozřejmě velmi omezena. V mnoha případech však možnost tohoto omezeného naklápění pro ovládání orientace rotorů 1, 2 do směru větru zcela postačí.

Konstrukce vzpěr 19, 19\ 20, použitá u příkladu provedení podle obr. 4 pro uložení rotorů 1, 2, je samozřejmě použitelná i u elektráren podle obr. 1 a 3.

Na obr. 5 je znázorněn další příklad provedení větrné elektrárny podle vynálezu, která v principu svojí konstrukce odpovídá příkladu větrné elektrárny podle obr. 4. Pokud jsou použity části, jejichž funkce je podle obr. 4 a obr. 5 v principu shodná, jsou označeny stejnými vztahovými znaky. U tohoto příkladu provedení je na každém rotoru 1, 2 uspořádáno ve směru hřídele 3⁴ rotorů. 1, 2 vždy více pólových řad spolupracujících s pólovými řadami opačného rotoru, přičemž tyto řady jsou upraveny axiálně vedle sebe. Na vnitřním obvodu vnějšího rotoru 1 jsou uspořádány vedle sebe dvě řady budicích pólů 21, proti kterým jsou na vnějším obvodu vnitřního rotoru 2 uspořádány dvě řady budicích pólů 25 s trvalým magnetem. Mimoto jsou na vzpěrách 19,19^ť vnějšího rotoru 1 v úrovni vnitřního obvodu vnitřního rotoru 2 uspořádány a iálně ve dle sebe další řady budicích pólů 21‘, proti kterým jsou uspořádány na vzpěrách 20 vnitřního rotoru 2 upevněné řady budicích pólů 25* vnitřního rotoru 2. Zvětšením počtu pólových řad lze zvýšit dosahovaný výkon, pokud zařízení pracuje jako generátor proudu, nebo lze zvýšit výkon zařízení, pokud pracuje zařízení jako motor.

Na obr. 6 je znázorněn další příklad provedení elektrárny podle vynálezu v podélném řezu. Princip konstrukce opět zcela souhlasí s příkladem provedení podle obr. 4 nebo s příkladem provedení podle obr. 5. U příkladu provedení podle obr. 6 je však vnější rotor 1 upevněn bezprostředně na hřídeli 3“ prostřednictvím vzpěr 19“, zatímco vnitřní rotor 2 je upevněn prostřednictvím vzpěr 20\ 20^t,; na nábojích 27, 27‘, ' které jsou otočně uloženy na hřídeli 3“. Hřídel 3“, který se u tohoto příkladu provedení otáčí spolu s vnějším rotorem 1, má ve své střední oblasti zesílený průměr a unáší na vnějším obvodu větší počet pólových řad s póly rovnoměrně rozdělenými po obvodu.

Tyto řady budicích pólů 28 jsou uspořádány se . vzájemnou axiální roztečí. Na vzpěrách ²°‘, ²⁰“ vnitrního rotoru ² je us^pořádán větší počet řad budicích pólů 29, jejichž póly jsou opatřeny elektrickým ' vinutím a jsou uspořádány proti řadám budicích pólů 28. Pólová vinutí řad budicích pólů 29 jsou opět spojena neznázorněným vedením s rovněž neznázorněnými kolektory, přes které se vyrobený proud odvádí přes kluzné kontakty do spotřebiče, případně se touto cestou proud přivádí, pokud mají rotory 1, 2 pracovat jako elektromotor.

Pro zlepšení proudění jo střední oblaci souosých . rotorů 1, 2 u příkladu provedení větrné elektrárny podle obr. 1 až Ί opatře na aerodynamickým krytem. Tyto aerodynamické kryty jsou na obr. 4, 5 a 6 znázorněny . v řezu.

Na obr. 7 jsou znázorněny magnetické póly, které mohou být uspořádány na vnějším. rotoru 1 nebo na vnitřním rotoru 2 u kteréhokoli z dříve popsaných příkladů provedení větrné elektrárny podle vynálezu, a to ve větším měřítku. U tohoto příkladu jsou na vnitřním obvodu vnějšího rotoru 1 uspořádány v axiální rozteči od sebe dvě řady ^budⁱc^íc^{h pólů} ’ 3°, ЭД s trvalými magnety. Na vnějším obvodu vnitřního rotoru ' 2 jsou radiálně 'protilehle 'k řadám budicích pólů ЭД ’ ЭД s trvalýnn ma^gnet^y ' uspořádány dvě řady elektromagnetických budicích pólů 31 a 31'. Kaž^d'ý z pólů řad elektroma^gnetickýc^{h b}u^dicm^h pól^{ů 31,} ЗГ má elektrická vinutí ³2. ^Tato elektrice vmutí ³² jsou nezimzorněnými vedeními spojena s již zmíněnými kolektory.

Z obr. 7 je zcela jasně patrno, že z proti sobě uspořádaných budicích pólů 30, 30'’, p^řípa^dn^ě '. ³1 ЗГ v^ždy bu^dicí pól^y ' ЭД 30‘: s trvalým ' magnetem přesahují ve směru rovnoběžném se · směrem osy otáčení rotorů 1, 2 na obě . strany ^přes ^proti mm us^pořádané elektromagnetické budicí póly 31, ³¹‘. Jakmile pri změn^ě pololi^y os^y otácern rotorů 1, 2 dojde k precesi rotorů 1, 2, budou mít rotory 1, 2 snahu, protože jsou protiběžné, vykonávat precesní pohyb v opačném smyslu a tím na ně budou působit kroutící momenty v opačném smyslu, které se budou snažit vyhnout rotory 1, 2 z hlavní roviny rotorů 1, 2 v opačném směru. Vzhledem k pružnosti rotorů 1, 2 může dojít působením těchto momentů k nepatrnému axiálnímu posunutí mezi vnitřním obvodem vnějšího rotoru 1 a mezi vnějším obvodem vnitřního rotoru 2, to znamená k axiálnímu posunutí, které by přemístilo budicí póly 30 a ЭД s trvatym magnetem vněj^šího rotoru 1 vzhledem k elektromagnetickým budicím P^elům ³1' 3ť vnitřního rotoru ² axiúhte na jednu nebo druhou stranu. Dík tomu, že bu ^dic^{í p}óly ^30, ЭД s trvalým magnetem přesahují v nezatíženém stavu rotorů 1, 2 na obě _ strany v axiálním směru přes elektromagnetické budⁱc^{í p}ól^y 3^1, ЗГ vnitrrnho rotoru 2, je i při těchto .nepatrných análních posunutích zajištěno, že se magnetické pole mezi elektromagnetickými budicími póly 31, ^pří^padn^ě ЗГ; a mezⁱ budicím ^póly ЭД pd^pa^dně 30'· s trva^lými ma^gnet^y nezmen^ší nebo nejrferusL av^ša^k zůstane zachováno v plné síle. I tloušťka vzduchové mezery mezi ^póly 30^, ЭД a ^{31, 31}‘ zůstane ^pri ne^patrném aJálním posunutí rotorů 1, 2, u kterých zůstává radiální rozteč v podstatě konstantní, prakticky nezměněna. Tak se . zajistí, že výkon generátoru proudu zůstává i ^pri nastavovacím ^poh^ybu ^oíaběžný^ ^r° torů ¹, ² a ^při n^ěm vznitojfctali precesrnc^h momentec^h nezmen^šen.

Konstrukce pólů, která je znázorněna na o^br. 7^, není v^hodná toliko ^pro .protiVžné rotory 1, 2 u větrných . elektráren podle vyná^lezu^, avša^{k l}ze j¹ využí zcete všeobecně i u generátorů proudu ' nebo u elektromotorů u kterých můzie dojí ^k axiátotau ^posu nutí relativně se nevzájem' kolem jedné osy otáčení ot^áčej^íc^íc^h . částí, to znamen^á čá^sti, která tvori v ^podstatě stator a cilst^ ^kte^rá tvoří . v . ^podstat^ě rotor. Pro ' vmutí p^ólov^{é k}onstru^kce je ^přitom zcete lhostejné ja^ké jsou o^nosty ^kter^é mohou způsobit ' vz^ájemn^é axiálrn ^posunutí m^zi p^óly.

^Vyn^ález se samozřejmě neomezuje to^lik° na ^po^psan^é ' ^př^íklady ^provedení.· ^Ta^k .napří klad lze větrnou elektrárnu po^dle v^ynátez^u vytvořit tak že má vtee ne^ž dva v jedné rovmě us^po^řádané souosé rotory. Je ^r°v^něž možné^{, p}o^ku^d má věteM elektřina p^odle v^ynálezu vtee souosých a 'v je^dn^é rovin^ě uspořádaných rotory ' aby . se v^šechny tyto rotory otáčety v temže smyste. ' Pntom se ^poc-ho^piteln^ě setrvačn^é ú^čin^ky roto^rů lítají, zatímco při protiběžných rotorech se paralelně kompenzují.

^U přfclahů ^prove^denq které b^{yly p}o^psán^y v předchozím v souvislosti s jednotlivými ^obráz^ky, v^ytvářel^y dva ^protib^ěžn^é rotor^{y vžd}y jeden generátor ^prou^du. Je v^rak rovněž mo^žné vytvořit varnou elektrárnu ^podle vynálezu tak, že rotor nebo několik protivených rotorů ^poh^ám ^ostfedntetvím hří^de^l rotorů pripadn^{ě p}řes ' vtežený ^převod o^ddělený gener^átor ^prou^du nebo ^phmo libovolný pracovní stroj, například čerpadlo. Přitom je mo^žné s-pojit ^poháněné zařízem s Wndetem rotorů najoriklad ^kardanovým ^hřídelem^, ta^kže nená neprizn^ ovhvněna vykývnutelnost hřídele rotorů jeho spojením s poháněným zařízením.

Je samozřejmé, že všechny znaky, které vy^plývaj^í z ^po^pisu a z výkresů tee ^podte vynálezu navzájem libovolně kombinovat.

Claims (17)

1. PŘEDMĚT

   1. Větrná elektrárna s alespoň jedním rotorem, který je uložen jak otočně kolem své osy otáčení, tak i natáčitelně kolem svislé osy, svírající úhel s osou otáčení rotoru a umožňující nastavovacím ústrojím nastavovat rotor v nosné konstrukci podle směru větru, a který pohání pracovní stroj, vyznačené tím, že hřídel (3) rotoru nebo rotorů (1, 2) je v nosné konstrukci (4) uložen natáčitelně pro umožnění precesního pohybu rotoru nebo rotorů (1, 2) kolem naklápěcích čepů (4‘, 4“; 13‘, 13“), jejíchž osa protíná jak osu otáčení hřídele (3), rotorů (1, 2), tak i svislou osu, že mimo nastavovacího ústrojí (11) pro natáčení svislé osy rotoru nebo rotorů (1, 2) je uspořádáno servoústrojí (12, 39) pro působení na rotor nebo rotory (1, 2) točivým momentem, který má složku momentového vektoru kolmou к ose otáčení hřídele (3) rotoru nebo rotorů (1, 2) a kolmou ke svislé ose a jejíž okamžitá velikost je ovladatelná ovládacím ústrojím pro řízení ovládacích časů a momentů nastavovacího ústrojí (11) a servoústrojí (12, 39), které převádí signály zjištěné měřicími ústrojími o směru větru a o počtu otáček rotoru nebo rotorů (1, 2] na ovládací signály nastavovacího ústrojí (11) a servoústrojí (12, 39) v souladu s kroutícím momentem, vytvářeným nastavovacím ústrojím (11) v závislosti na usměrňovačích pohybech do směru větru, vykonávaných na rotor nebo rotory (1, 2).
2. 2. Větrná elektrárna podle bodu 1, vyznačená tím, že hmoty podílející se na otočném pohybu kolem osy hřídele (3) rotorů (1, 2), osy naklápěcích čepů (4‘, 4“; 13‘, 13*) a svislé osy jsou vyváženy.
3. 3. Větrná elektrárna podle bodu 1 nebo 2, vyznačená tím, že na hřídeli (3, 3‘) jsou otočně uloženy dva souosé, v jedné rovině a protiběžně se otáčející rotory (1, 2).
4. 4. Větrná elektrárna podle bodu 3, vyznačená tím, že každý z obou protiběžných rotorů (1, 2) má po obvodu v roztečích uspořádané budicí póly (21, 25), spolupracující s budicími póly (25, 21) druhého rotoru (2, 1), přičemž alespoň budicí póly (21) jednoho z rotorů (1, 2) mají elektrická vinutí, spojená vedeními s kolektorem, takže oba rotory (1, 2) tvoří navzájem se otáčející části generátoru proudu.
5. 5. Větrná elektrárna podle jednoho z bodů 1 až 3, vyznačená tím, že rotor nebo každý z protiběžných rotorů (1, 2) má po obvodu v roztečích uspořádané budicí póly, spolupracující s budicími pely (28, 29), uspořádanými v roztečích a neotočně kolem hřídele (3) rotoru (1, 2), přičemž buď budicí póly rotoru nebo rotorů (1, 2), nebo budicí póly (28, 29) uspořádané neotočně kolem hřídele (3) rotorů (1, 2) mají elektrická vinutí, spojená vedeními s kolektorem, takže rotor nebo každý z protiběžných vynalezu rotorů (1, 2) tvoří spolu s přiřazenými, neotočně vzhledem к hřídeli (3) rotorů (1, 2) uspořádanými budicími pely (28, 29) části generátoru proudu.
6. 6. Větrná elektrárna podle bodu 4 nebo 5, vyznačená tím, že budicí póly vždy jedné části generátoru proudu, například budicí póly rotoru (1, 2) nebo budicí póly uspořádané neotočně kolem hřídele (3) rotorů (1, 2), jsou vytvořeny jako budicí póly (25, 30, 30‘) s trvalým magnetem.
7. 7. Větrná elektrárna podle alespoň jednoho z bodů 1 až 6, vyznačená tím, že věnec rotorových listů každého rotoru (1, 2) je obklopen jak na vnitřním obvodu, tak i na vnějším obvodu plástovým prstencem (1‘, 1“; 2‘, 2“).
8. 8. Větrná elektrárna podle alespoň jednoho z bodů 1 až 7, vyznačená tím, že každý ze souosých, v jedné rovině uspořádaných a protiběžně se otáčejících rotorů (1, 2) je uložen na hřídeli (3) rotorů (1, 2) prostřednictvím alespoň jednoho náboje (18, 18‘; 17), a že vnější rotor (1) je upevněn na svém náboji (18, 18*) vzpěrami (19, 19*), přesahujícími vnitřní rotor (2) po obou stranách a uspořádanými šikmo navenek směrem к náboji (18, 18*) vnějšího rotoru (1).
9. 9. Větrná elektrárna podle jednoho z bodů 4 až 6, vyznačená tím, že z proti sobě uspořádaných budicích pólů (30, 31) navzájem relativně pohyblivých pólových řad částí tvořících proudový generátor přesahují buď budicí póly (30) radiálně vnější části, nebo budicí póly (31) radiálně vnitřní části rovnoběžně se směrem hřídele (3) rotorů (1, 2) na obě strany přes protilehlé budicí póly (31) opačné části.
10. 10. Větrná elektrárna podle jednoho z bodů 3 až 9, vyznačená tím, že na každém rotoru (1, 2) je axiálně vedle sebe uspořádáno ve směru osy hřídele (3‘) rotorů (1, 2) více řad budicích pólů (21‘), spolupracujících s řadami budicích pólů (25*) druhé části, tvořící s rotorem (1, 2) generátor proudu.
11. 11. Větrná elektrárna podle alespoň jednoho z bodů 1 až 10, vyznačená tím, že hřídel (3) rotoru nebo rotorů (1, 2) je otočně uložen v podstatě uprostřed nosné konstrukce (4, 13), upravené alespoň po jedné straně rotoru nebo rotorů (1, 2) diametrálně к němu nebo к nim, a svými naklápěcími čepy (4*, 4“) je uložen vzhledem к hřídeli (3) rotorů (1, 2) v diametrálně uspořádaných ložiskách (5, 6) naklopitelně, přičemž osy naklápění ložisek (5, 6) jsou v hlavní rovině rotorů (1, 2) a ložiska (5, 6) jsou upevněna v podpěrné konstrukci (7, 14, 15).
12. 12. Větrná elektrárna podle bodu 11, vyznačená tím, že podpěrná konstrukce (7) je vytvořena jako podstavec, uložený výkyvné kolem svislé osy ve dvojici (8) valivých válečků a na otočném věnci (9).
13. 13. Větrná elektrárna podle bodu 11 nebo 12, vyznačená tím, že alespoň na jednom konci nosné konstrukce (4) je uspořádáno servoústrojí (12) pro působení kroutícím momentem na nosnou konstrukci (4) vektorem kroutícího momentu, působícím v ose otáčení naklápěcích čepů (4‘, 4“) nosné konstrukce (4).
14. 14. Větrná elektrárna podle jednoho z bodů 1 až 13, vyznačená tím, že nosná konstrukce (4A) je opatřena nosným prstencem (33), který je uspořádán soustředně mezi souosými, v jedné rovině uloženými, protiběžnými rotory (1, 2) a na kterém je vnitřní rotor (2) otočně uložen svým vnějším obvodem a vnější rotor (1) svým vnitřním obvodem.
15. 15. Větrná elektrárna podle bodu 14, vyznačená tím, že na vstupním čelním okraji (33‘) nosného prstence (33) je uspořádána nastavitelně a přestavitelně alespoň jedna řídicí klapka (38).
16. 16. Větrná elektrárna podle alespoň jednoho z bodů 1 až 10, vyznačená tím, že hřídel (3) rotorů (1, 2) má před a za hlavní rovinu rotorů (1, 2) vyčnívající konce, které jsou uloženy ve vodicích drahách (16‘, 16“) v přední a zadní části nosné konstrukce a jsou při vykonávání kroutícího momentu posuvné servoůstrojím (39) v opačných směrech v rovině, tvořené hřídelem (3) rotorů (1, 2] a svislou osou.
17. 17. Větrná elektrárna podle bodu 16, vyznačená tím, že konce hřídele (3) rotorů (1,2) jsou uloženy v kulových kloubech ve smýkadlech, vedených ve vodicích drahách (16) a že servoústrojí (39) má dva pohony s vřetenem, z nichž každý posouvá jedno smýkadlo.