CS265427B1 - Vrtule větrného motoru - Google Patents

Abstract

Řešení se týká vrtule větrného motoru, opatřené pevnými listy, připevněnými kořeny k točivému náboji, přičemž ve směru od kořene ke špičce listu je podél alespoň části sací strany listu připevněna směrem před jeho náběžnou hranu alespoň jedna přídavná klapka, mezi níž a sad stranou listu je štěrbina, která se od náběžné hrany k odtokové hraně listu zužuje. Očelem řešeni je docílit uvádění vrtule do rotace od nejmenších rychlosti větru a jednoduchým konstrukčním opatřením zabezpečit omezení maximálních otáček listů při vysokých rychlostech větru, za současného odstranění vzdušných brzd, mechanismů pro natáčení úhlů listů nebo natáčivých přídavných klapek. Uvedeného účelu se dosáhne tím, že přídavná klapka je vytvořena jako pevná a ve směru od náběžné hrany k odtokové hraně listu sestává z náběžného ramene, uspořádaného před náběžnou hranou listu v rovině kolmé na rovinu rotace listu, a z navazujícího odtokového ramene ve tvaru přímky.

Description

Vynález se týká vrtule větrného motoru, zejména pro větrnou elektrárnu, opatřenou nejméně dvěma pevnými listy, připevněnými svými kořeny ke společnému točivému unášecímu náboji, přičemž ve směru od kořene ke Špičce listu je podél alespoň části sací strany listu připevněna směrem před náběžnou hranou listu alespoň jedna přídavná klapka, vytvářející mezi ní a sací stranou listu v jeho podélném směru a ve směru od náběžné hrany k odtokové hraně listu štěrbinu, která se směrem od náběžné hrany k odtokové hraně listu zužuje.

Stávající konstrukce rychloběžných vrtulí větrných motorů pro větrné elektrárny malých a středních výkonů jsou pro zabezpečení jejich vhodného provozního režimu převážně opatřovány bud vzdušnými brzdami, nebo mechanismem pro natáčení listů vrtule, popřípadě přídavnou natáčivou klapkou tak, aby otáčky vrtule byly v daném pracovním rozsahu v souladu s výkonem generátoru elektrického proudu, konkrétně zejména představovaného synchronním generátorem s budicími permanentními magnety. Nastavování optimálního úhlu náběhu listů vrtule, zřídka se dosud vyskytující opatřování listů vrtule větrného motoru natáčivými přídavnými klapkami, stejně jako současné četně užívané natáčení klapek vzdušné brzdy, prováděné pomocí vyohylovacích ramen se závažími, spojených převodovým ústrojím přenosu jejich pohybu na ramena vzdušné brzdy nebo na listy vrtule, vyžaduje vždy složitý mechanismus, který je konstrukčně i technologicky náročný a zvláště v zimních podmínkách vykazuje neuspokojivou spolehlivost.

Výše uvedené nedostatky jsou odstraněny u vrtule větrného motoru podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že přídavná klapka je vytvořena jako pevná a ve směru od náběžné hrany k odtokové hraně listu sestává z náběžného ramene, uspořádaného před náběžnou hranou v rovině kolmé na rovinu rotace listu, a z navazujícího odtokového ramene ve tvaru přímky.

Vytvořením vrtule větrného motoru podle vynálezu, jejíž pevné listy jsou u jejich sacích stran opatřeny ve směru od kořene listu k jeho špičce alespoň jednou přídavnou pevnou klapkou, se především docílí vytvoření přiměřeně tvarovatelné štěrbiny, která pro dané konkrétní převažující rychlosti větru v místech, ve kterých je vrtule větrného motoru provozována, umožňuje dlouhodobé spolehlivé využití vrtule již od velmi nízkých rychlostí větru, při kterých dosud známá provedení vrtulí větrných motorů zůstávala pro malou kinetickou energii ještě převážně ve stavu klidu, přičemž naopak při velkých a velmi velkých rychlostech větru, případně při nárazovém větru, lze s ohledem na uvažované provedené stoupání listů ve směru od jejich kořene ke špičce provést tvar profilu přídavné pevné klapky u náběžné hrany listu vrtule podle vynálezu vhodně tak, aby tato klapka působila jako větrná brzda, čímž se zabrání jak nežádoucímu mechanickému přetěžování listů vrtule, tak i případnému vzniku nepříznivých gyroskopických momentů, způsobujících mávání listů vrtule.

Takto vytvořená vrtule větrného motoru podle vynálezu má oproti stávajícím používaným vrtulím podstatně jednodušší konstrukční uspořádání, je nenáročná na výrobní technologii a má výrazně nižší pořizovací náklady, přičemž z důvodu užití minimálního počtu možných poruchových dílců se vyznačuje podstatně vyšší funkční spolehlivostí a provozní životností za různých klimatických podmínek i ve všech ročních obdobích.

Přednosti provedení vrtule větrného motoru s pevnými listy podle vynálezu, opatřenými na jejich sací straně přídavnými pevnými klapkami, se zvlášt významně projeví v soustavě větrné elektrárny v přímém mechanickém spojení se střídavým generátorem elektrického proudu, jehož rotor je pro každý magnetický pól opatřen ve svém axiálním směru budicími permanentními magnety, uspořádanými z důvodu snížení rozběhového momentu generátoru za sebou tak, že jsou vzájemně postupně v tangenciálním směru rotoru generátoru posunuty vždy o určitý konstantní odstup, čímž může tento generátor dodávat elektrickou energii již od velmi nízkých otáček vrtule větrného motoru.

V obdobném případě lze také považovat za praktické a výhodné přímé spojení vrtule větrného motoru podle vynálezu se střídavým synchronním generátorem elektrického proudu, jehož rotor je opatřen budicími permanentními magnety, uloženými v jeho drážkách, provedených ve svazku plechů rotoru ve stejném tangenciálním odstupu, například odpovídajícím počtu magnetických pólů stroje, kde rotorové drážky mají svou osu otevření posunutou ve stejném smyslu nej3 méně o polovinu drážkové rozteče statorových drážek svazku plechů statoru, přičemž polovina rotorových plechů je vůči druhé polovině rotorových plechů uspořádána na hřídeli rotoru generátoru zrcadlově obráceně. Rovněž tímto opatřením lze potřebně snížit rozběhový moment rotoru generátoru a tím ve spojení s vrtulí větrného motoru podle vynálezu výhodně vyrábět elektrickou energii již od velmi nízkých rychlostí proudění větru.

Na připojeném výkrese jsou znázorněny příklady provedení vrtule větrného motoru podle vynálezu, kde na obr. 1 je zobrazeno možné provedení dvoulisté rychloběžné vrtule s pevnými listy v čelním pohledu, opatřenými na jejich sacích stranách ve směru od kořene ke špičce listu po jedné přídavné pevně ustavené klapce, obr. 2 znázorňuje profil listu od jeho náběžné hrany k odtokové hraně, k jehož sací straně je připevněna směrem před náběžnou hranu listu přídavná pevná klapka, jejíž náběžné rameno, uspořádané před náběžnou hranou listu v rovině kolmé na rovinu rotace listu vrtule, má tvar, odpovídající oblému tvaru profilu listu u jeho náběžné hrany, a navazující odtokové rameno, směřující k odtokové hraně listu, má tvar přímky, obr. 3 představuje profil listu vrtule, opatřeného jiným možným provedením přídavné pevné klapky s tvarem profilu, vytvořeným jednak z náběžného ramene přímkového tvaru, uspořádaného před náběžnou hranou listu, a jednak z navazujícího odtokového ramene rovněž přímkového tvaru, směřujícího k odtokové hraně listu, obr. 4 ukazuje profil listu vrtule, opatřeného dalším možným provedením přídavné pevné klapky s tvarem profilu, vytvořeném jednak z náběžného ramene uspořádaného před náběžnou hranou listu a majícího tvar žlábku s vrcholem zakřivení, přivráceným k náběžné hraně listu, a jednak z navazujícího odtokového ramene ve tvaru přímky, směřujícího k odtokové hraně listu, a na obr. 5 je znázorněno ještě jiné možné provedeni dvoulisté rychloběžné vrtule větrného motoru s pevnými listy v částečném čelním pohledu, kde k sací straně každého listu jsou ve směru od kořene listu k jeho špičce připevněny v odstupu od sebe tři přídavné pevné klapky.

Vrtule větrného motoru podle vynálezu je v konkrétním možném případě konstrukčního uspořádání, vyznačeném na obr. 1, opatřena dvěma pevnými listy 2, které jsou svými kořeny připevněny ke společnému točivému unášecímu náboji 2· Pro uskutečnění možnosti co nejoptimálnějšiho provozování vrtule větrného motoru podle vynálezu v širokém rozmezí rychlostí proudění větru je ve směru od kořene ke špičce listu 2 připevněna bud podél celé sací strany 2 listu 2, nebo alespoň podél její části, směrem před náběžnou hranu 5 listu 2 nejméně jedna přídavná pevná klapka T_, vytvářející mezi jejím povrchem, přivráceným k sací straně 2 listu 2, a touto sací stranou 2 listu 2 v jeho podélném směru a ve směru od náběžné hrany 5 k odtokové hraně 2 listu 2 štěrbinu 2< která velmi účinně přispívá k uvedení vrtule větrného motoru podle vynálezu do rotačního pohybu již od velmi nízkých rychlostí větru tím, že zvyšuje podtlakový efekt na sací straně 2 listu 2·

Za současného reálného předpokladu a potřeby všestrannějšího nasazování větrných elektráren malých a středních výkonů, opatřovaných vrtulí větrného motoru podle vynálezu, v prostředí, kde dosud není zavedena nadřazená pevná energetická soustava a kde se ani v budoucnu o její instalaci neuvažuje, lze s ohledem na příslušné místní větrné podmínky tuto vrtuli opatřovat pevnými listy 2 s potřebným vhodným stoupáním ve směru od kořene listu 2 k jeho špičce, které potom mají pro převažující místní výskyt větru o malých rychlostech jeho proudění připevňovány přídavné pevné klapky T_ v provedeni přiměřeně podle obr. 2, kde tvar profilu jejího náběžného ramene uspořádaného před náběžnou hranou 2 listu 2 v rovině kolmé na rovinu rotace listu 2, odpovídá ve směru od náběžné hrany 2 k odtokové hraně 2 listu 2 oblému tvaru profilu sací strany 2 listu 2 u jeho náběžné hrany 5, popřípadě je s tímto tvarem zcela shodný, a kde tvar profilu odtokového ramene 10 přídavné pevné klapky 2» navazující na náběžné rameno 2 a směřující k odtokové hraně 6 listu 2, je přímkového tvaru, přičemž k uvedení vrtule větrného motoru podle vynálezu do rotačního pohybu působením větru na tlakovou stranu 4 listu 2 významně přispívá ta skutečnost, že štěrbina 2 mezi přídavnou pevnou klapkou J_ a sací stranou 2 listu 2/ která ve funkci dýzy zajištuje zvýšený podtlak na sací straně 2 listu 2, se směrem od náběžné hrany 2 k odtokové hraně 6 listu 2 zužuje.

V případě, že vrtule větrného motoru podle vynálezu bude provozována v konkrétním místním klimatickém prostředí, kde se převážně vyskytují větry o mírných a/nebo středních rychlostech proudění, mohou se přiměřeně podle obr. 3 s výhodou opatřovat listy 2 této vrtule na jejich sací straně 2 v® směru od kořene listu 2 k jeho špičce alespoň jednou přídavnou pevnou klapkou J_, která má ve směru od náběžné hrany 2 k odtokové hraně 6 listu 2 tvar profilu, sestávající z náběžného ramene 2 přímkového tvaru, uspořádaného před náběžnou hranou 2 listu 2 v rovině kolmé na rovinu rotace listu 2, a z navazujícího odtokového ramene 20, provedeného rovněž v přímkovém tvaru a směřujícího k odtokové hraně 2 listu 2, přičemž ze stejného důvodu zabezpečení přídavného zvýšeného podtlaku na sací straně 2 listu 2 ^se Štěrbina 2 mezi odtokovým ramenem 10 přídavné pevné klapky Ί_ a sací stranou 2 listy 2 ve směru od náběžné hrany 5 k odtokové hraně 6 listu 2 zužuje. Takovéto provedení přídavné pevné klapky 2 lze navíc považovat za výhodné i z praktického hlediska snadné proveditelnosti a nízkých pořizovacích nákladů.

Pokud bude muset být vrtule větrného motoru podle vynálezu provozována v prostředí s výskytem větru o převládajících vysokých, popřípadě až velmi vysokých rychlostech prouděni, a působícího mnohdy i nárazově, je vhodné pro zajištění potřebného brzdového odporu přídavné pevné klapky Ί_ z důvodu požadovaného omezení maximálních otáček listů 2 vrtule s ohledem na jejich mechanickou únosnost a odolnost vůči působení gyroskopických momentů připevňovat k sací straně 2 listu 2 provedení přídavné pevné klapky T_ přiměřeně podle obr. 4, kde tato přídavná pevná klapka 2 má ve směru od náběžné hrany 2 k odtokové hraně 6 listu 2 tvar profilu, jednak sestávající z náběžného ramene 2» které je uspořádáno před náběžnou hranou 2 listu 2 ^v rovině kolmé na rovinu rotace listu 2 a má tvar žlábku, jehož vrchol zakřiveni je přivrácen k náběžné hraně 2 listu 2, čímž je vytvořeno mísfní zúžení štěrbiny 2» působící při vysokých rychlostech prouděni větru na tlakovou stranu 4_ listu 2 jako aerodynamická přepážka, a jednak sestávající z odtokového ramene 10 ve tvaru přímky, navazujícího na náběžné rameno 2 přídavné pevné klapky které je z důvodu zabezpečení přídavného zvýšeného podtlaku na sací straně 2 listu 2 pro možnost uvedení vrtule větrného motoru podle vynálezu do rotačního pohybu už od nejnižších možných rychlostí proudění větru uspořádáno v odstupu od sací strany 2 listu 2 tak, že štěrbina 2 mezi tímto odtokovým ramenem 10 a sací stranou 2 listu 2 se ve směru od náběžné hrany 5 k odtokové hraně 2 listu 2 zužuje.

S ohledem na uvažovaný pracovní rozsah otáček provozování vrtule větrného motoru podle vynálezu a s přihlédnutím na daný počet pevných listů 2 vrtule, provedeni jejich stoupání ve směru od kořene listu 2 k jeho špičce, na tvar profilu použité přídavné pevné klapky T_, její rozměr ve směru od kořene ke špičce listu 2 a způsob jejího upevnění na sací straně 2 listu 2, například přivařením, nýtováním a podobně, popřípadě na počet upotřebených přídavných pevných klapek 2 ^na jednom listu 2, je účelné pro zajištěni oo nej optimálnějšího aerodynamického účinku navrhovat přídavnou pevnou klapku 2 i tak, aby její rozměr ve směru od náběžné hrany 5 listu 2 k jeho odtokové hraně 6 byl podle konkrétních podmínek přiměřeně stanovován v přibližném rozmezí od jedné šestiny do jedné třetiny rozměru listu 2 ve směru od jeho náběžné hrany 2 k jeho odtokové hraně 6.

Claims (3)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   1. Vrtule větrného motoru, zejména pro větrnou elektrárnu, opatřená nejméně dvěma pevnými listy, připevněnými svými kořeny ke společnému točivému unášeoímu náboji, přičemž ve směru od kořene ke špičce listu je podél alespoň části sací strany listu připevněna směrem před náběžnou hranu listu alespoň jedna přídavná klapka, vytvářející mezi ní a sací stranou listu v jeho podélném směru a ve směru od náběžné hrany k odtokové hraně listu štěrbinu, která se směrem od náběžné hrany k odtokové hraně listu zužuje, vyznačující se tím, že přídavná klapka (7) je vytvořena jako pevná a ve směru od náběžné hrany (5) k odtokové hraně (6) listu (2) sestává z náběžného ramene (9), uspořádaného před náběžnou hranou (5) listu (2) v rovině kolmé na rovinu rotace listu (2), až navazujícího odtokového ramene (10) ve tvaru přímky.
2. 2. Vrtule podle bodu 1, vyznačující se tím, že přídavná pevná klapka (7) má náběžné rameno (9) ve tvaru žlábku s vrcholem zakřivení, přivráceným k náběžné hraně (5) listu (2).
3. 3. Vrtule podle bodu 1, vyznačující se tím, že přídavná pevná klapka (7) má náběžné rameno (9) ve tvaru přímky.