CZ13576U1 - Větrný motor se svislou hřídelí - Google Patents

Description

Větrný motor se svislou hřídelí

Oblast techniky

Technické řešení se týká větrného motoru se svislou hřídelí.

Dosavadní stav techniky

Využití energie větru je známý dříve používaný způsob získávání energie pro různé účely, zvláště v zemích s vhodnými větrnými podmínkami. V souvislosti s určitou narůstající drahotou energií, či energetickou krizí, zmenšením zásob fosilních paliv, nepříznivý ekologický stav atd. přispívá ke snaze využívat především ekologicky čisté a levné energetické zdroje, materiály i technologie.

Nastává a narůstá renesance větrných motorů, které mají čistý a levný provoz. Větrné motory se stavějí o různých výkonech, jak malé pro soukromé účely, tak běžně i do výkonu několika set kW, výjimečně až do několika tisíc kW s vysokým počtem větrných motorů a to s pracovním rozsahem rychlosti větru od 3 až do 40 m/s. Větrná zařízení jsou nejvíce využívána např. v USA, Latinské Americe, Austrálii, Holandsku, Dánsku, Řecku, ale i v SRN, Francii, Španělsku, Itálii. Velké Británii a také dosud méně i u nás v ČR i dalších státech.

Klasická konstrukce větrného motoru jsou tříkřídlá nebo vícekřídlá větrná kola s vodorovnou hřídelí, se zařízením k natáčením se stále ve směru proti větru, nebo také nějak technicky zdokonalována.

Jako příklad může posloužit US patentový spis č. 4,878,808, mající název Větrný list pro vzduchem poháněné kolo. Jedná se o ploché křídlo větrného kola upevněného na rameni kola děleného na několik sekcí s dalšími drobnými technickými úpravami.

V českém patentu č. 280 607 je popsán Větrný motor s čtyřramenným větrným kolem, na jehož ramenech jsou v závěsech torzní členy, které umožňují při měnící se síle větru měnit účinné plochy listů a tím je lepší využití energie větru.

V další české zveřejněné přihlášce vynálezu PV 2416-97 názvu Větrný motor s jednosměrnou prostupností větru činnými lopatkami je předmětem řešení větrný motor se svislou hřídelí jehož činné plochy jsou opatřeny pletivem a chlopněmi, které účelně mění propustnost větru.

Nevýhodou známých řešení větrných motorů s vodorovnou hřídelí a s jejich dlouhými listy, které vytváří rotory velkého průměru, kde na téže hřídeli ve velké výšce na stožáru je navíc uložen nejen rotor elektrogenerátoru s příslušenstvím, ale také stator velkého průměru s příslušenstvím, což je značného objemu i hmotnosti a musí to být vše společně uloženo spolu ještě navíc se zařízením ke správnému natáčení se rotoru s listy proti měnícímu se směru větru. Zde také potřebné mechanismy a kryty vykazují vysokou hmotnost a to vše musí být společně uloženo a zajištěno na nej vyšším místě značně vysokého velmi hmotného a pevného stožáru. Nejen celková montáž uvedených konstrukčních částí, ale i jejich seřízení či všechny případné opravy je potom nutné provádět ve velkých výškách za obtížných a nebezpečných podmínek.

U jiných známých řešení větrných motorů se svislou hřídelí je jejich podobnou nevýhodou, že nahoře na stožáru mají první vodorovný hřídel s dlouhými listy rotoru velkého průměru spolu se zařízením ke správnému natáčení se rotoru s listy proti měnícímu se směru větru a k přenosu kroutícího momentu dolů k elektrogenerátoru.

Podstata technického řešení

Uvedené nevýhody do značné míry odstraňuje větrný motor se svislou hřídelí, jehož podstata spočívá zejména v tom, že lopatky v příčném profilu jsou spirálovitě proměnných profilů, rozměrů i tvarů, jsou tvořeny alespoň ze dvou oblouků a to z malého oblouku pro vracení proudu

- 1 CZ 13576 Ul vzduchu dovnitř do lopatky a pro snížení odporu vzduchu při jeho foukání z druhé strany vně lopatky a z protáhlého oblouku.

Pro zvětšení funkční plochy lopatek a zvětšení účinnosti síly větru se jeví výhodné, když lopatky mají na volné vnější straně protáhlý oblouk a zvětšené přímkové prodloužení.

Z technického hlediska se jeví výhodné, když lopatky jsou dlouhé a přečnívají nahoru nad rotační uložení, kde jejich horní konce letmo uchycených dlouhých lopatek spolu tvoří zpevňující celek, tak i dolů pod rotační uložení. Také i spodní konce lopatek mohou být mimořádně při velkých rozměrech - tj. velkých průměrech větrných kol vzájemně propojeny či zpevněny, nebo také uchyceny na lehkou nosnou konstrukci.

Z funkčního hlediska se dále jeví výhodné, když lopatky jsou proměnných profilů i rozměrů, čím níže tím jsou větší profily a zvětšuje se tím i průměr větrného kola, a jsou sestaveny do kužele případně komolého kužele, válce nebo ve vzájemné kombinaci.

Z hlediska výkonu se jeví výhodné, když lopatky jsou ustaveny svisle nebo šikmo proměnného sklonu a u velkých rozměrů ve šroubovici proměnného stoupání.

V základech je uložen elektrogenerátor s příslušenstvím, což je velmi výhodné, jednoduché řešení z hlediska zatěžování nosné konstrukce. Tímto celkovým řešením se také docílí značného snížení investičních nákladů a výrazně ba mnohonásobně se zvýší pracovní návětmá plocha spirálových lopatek a tím funkční síla i účinnost navrhovaného zařízení. Což se také projeví v možnosti jeho využívání i při nižších rychlostech větru. Nevýhody či vlivy měnícího se směru větru jsou navrženým řešením vyloučeny. Vítr může foukat z kterékoliv strany a také se může měnit i jeho rychlost.

Většina jak montážních prací tak i případné opravy jsou proveditelné v nižší poloze nebo přímo nad zemí, podobně tomu bude i při občasné údržbě a obsluze.

Velmi zajímavé jak investičně tak i výkonově a provozně, tedy výhodné ekonomicky mohou být navrhované větrné motory ve skupinovém uspořádání tak, aby v přírodě ladně působily jak tvarově tak i barevně. Při použití zelené barvy různých odstínů a různých velikostí větrných motorů budou působit podobně jako řada větších smrkových stromů, nebo i jako smrkový les splývající s okolní přírodou tj. nenarušující násilně charakter přírody.

Přehled obrázků na výkrese

Technické řešení bude blíže vysvětleno pomocí výkresu, na kterém znázorňuje obr. 1 schematický pohled (či nárys) na celkové příkladné uspořádání větrného motoru s lopatkami a nosníkem pro letmé uchycení dlouhých lopatek. Dále je tam mezi částečnými řezy znázorněn stojan, jeho zabudování v základu jakož i další příslušenství. Obr. 2 znázorňuje v půdorysu schematicky jak již uvedené části, tak i další potřebné součásti i jeden směr větru S, který může být proměnný, ale směr stálé rotace SR je předem zajištěn tvarem lopatek.

Příklady provedení

Příkladné provedení větrného motoru se svislou hřídelí a lopatkami proměnných profilů, rozměrů i tvaruje patrné z popisu a výkresu obr. 1 a 2.

Na obr. 1 je v nárysu znázorněn větrný motor se svislou hřídelí 1, jejíž horní rotační uložení 2 je schematicky znázorněné, tak i dolní radiální uložení 3 spolu s axiálním uložením svislé hřídele i, kde je také schematicky znázorněn elektrogenerátor 4, jehož vnější stator je v základech 5, kde jsou také trubky 6 stojanu 7 s patkami 8. Stojan 7 může být také jako základy železobetonový, nebo jiného provedení.

Nahoře na stojanu 7 je upevněna základní deska 9 s již uvedeným horním rotačním uložením 2.

Nad nimi je na průchozí svislé hřídeli 1 pevně uchycen nosník 10, jako samonosná konstrukce pro uchycení lopatek 11, které jsou k němu připevněny letmo, jsou samonosné, tuhé a tvarově

-2CZ 13576 Ul proměnné, specielních spirálových tvarů mají účinné plochy 12. Při směru větru S, jak je znázorněno v půdorysu na obr. 2 na návětrné straně.

Lopatky 11 mají tvar katalytických spirál 13 tvořených alespoň ze dvou oblouků, tj. ze základního malého oblouku 14, který je připevňován k nosníku 10 a může být stejný pro lopatky 11 v celé jejich délce, a z druhého na druhé straně lopatky 11 většího volného protáhlého oblouku 15. Větší volný protáhlý oblouk 15 může být u lopatek 11 směrem dolů značně prodlužován jak ukazuje pozice přímkového prodloužení 16, což se projeví nejen zvětšováním funkční plochy lopatek U, ale i významným zvětšením účinnosti síly větru. Zlepší se též obtékání částí malého rádiusu při foukání větru z druhé strany. Zvýší se hnací síla při foukání dovnitř spirály (zvýší se její aerodynamický odpor), ale naopak na opačné straně po otočení se ve směru rotace rotoru bude při zpětném vracení vzduchu, když je jeho foukání vzduchu na vyboulenou zadní část vně lopatek U, pak se bude jejich aerodynamický odpor výrazně snižovat. Oběma těmito vlivy a také zvětšením průměru větrného kola 17 v jeho spodní části se výrazně zvýší účinnost přeměny energie protékajícího vzduchu.

Pro případné zvýšení tuhosti u velkoprůměrových a vysokých konstrukcí větrných motorů, v zájmu zmenšení chvění lopatek 11 je vhodné přidat buď vnitřní výztuhy 18, nebo vnější výztuhy 19, případně jen nebo také spojnice 20.

V půdorysu je pro názornost zakreslen směr větru S, ale navrženým celkovým konstrukčním řešením a tvarem lopatek U je zajištěn jen jeden směr rotačního pohybu SR. V zájmu snížení hlučnosti u velkoprůměrových větrných motorů prouděním vzduchuje vhodné uspořádat lopatky U do šikmé polohy i do jejich proměnného sklonu tak, že vytváří komolý kužel 21, nebo jen ve spodní části neznázorněný válec a nahoře vzájemně zpevňující celek tvaru kužele, případně vzájemné kombinace podobných tvarů, ale u zvlášť velkoprůměrových a vysokých větrných motorů bude vhodné uspořádat samonosné lopatky 11 do optimální neznázoměné kuželové šroubovice proměnného stoupání.

Dále u velkorozměrových a velmi vysokých větrných motorů bude vhodné vespod, kde je po obvodu velká mezera mezi lopatkami 1_1 navíc ještě také přidat i další kratší lopatky 1_L

Uvedenými opatřeními se zajistí vhodnější rozložení sil působících jak na lopatky 11, tak i na nosnou konstrukci.

Průmyslová využitelnost

Navrhované konstrukční řešení umožňuje využívání jak malých větrných motorů pro soukromé účely jednotlivců a skupin investorů, tak pro střední velikosti na vesnicích a sídlištích, nebo městech, tak i mimořádně velkorozměrových a výkonných větrných motorů. Také na sprašových polích i jako potřebné větrolamy při výhodném současném získávání příjmu za elektrický proud.

Claims (10)

NÁROKY NA OCHRANU

1. Větrný motor se svislou hřídelí, vyznačující se tím, že lopatky (11) v příčném profilu jsou spirálovitě proměnných profilů, rozměrů a tvarů, jsou tvořeny alespoň ze dvou oblouků a to z malého oblouku (14) pro vracení proudu vzduchu dovnitř do lopatky (11) a pro snížení odporu vzduchu při jeho foukání z druhé strany vně lopatky (11) a z protáhlého oblouku (15).

2. Větrný motor se svislou hřídelí podle nároku 1, vyznačující se tím, že lopatky (11) mají na volné vnější straně protáhlý oblouk (15) a zvětšené přímkové prodloužení (16).

-3CZ 13576 Ul

3. Větrný motor se svislou hřídelí podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že lopatky- (11) přečnívají nahoru nad rotační uložení (2), kde je vytvořen zpevňující celek přečnívající dolů pod rotační uložení (2).

4. Větrný motor se svislou hřídelí podle kteréhokoliv z nároků laž3, vyznačující se 5 tím, že lopatky (11) jsou proměnných profilů i rozměrů, čím níže tím jsou větší profily a rovněž i průměr větrného kola (17).

5. Větrný motor se svislou hřídelí podle kteréhokoliv z nároků laž4, vyznačující se tím, že lopatky (11) jsou sestaveny do kužele.

6. Větrný motor se svislou hřídelí podle kteréhokoliv z nároků laž4, vyznačující se ío t í m , že lopatky (11) jsou sestaveny do komolého kužele (21).

7. Větrný motor se svislou hřídelí podle kteréhokoliv z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že lopatky (11) jsou sestaveny do válce.

8. Větrný motor se svislou hřídelí podle nároku 7, vyznačující se tím, že lopatky (11) jsou ustaveny svisle.

15

9. Větrný motor se svislou hřídelí podle kteréhokoliv z nároků laž7, vyznačující se tím, že lopatky (11) jsou ustaveny šikmo proměnného sklonu.

10. Větrný motor se svislou hřídelí podle kteréhokoliv z nároků laž7, vyznačující se t í m , že lopatky (11) jsou ustaveny ve šroubovici proměnného stoupání.