CZ2004381A3

CZ2004381A3 - Wind engine

Info

Publication number: CZ2004381A3
Application number: CZ2004381A
Authority: CZ
Inventors: Zdeněk Ing. Csc. Huječek; Aleš Ing. Huječek
Original assignee: Zdeněk Ing. Csc. Huječek; Aleš Ing. Huječek
Priority date: 2004-03-17
Filing date: 2004-03-17
Publication date: 2005-11-16
Also published as: CZ297548B6

Abstract

In the present invention, there is disclosed a wind engine being provided on each arm (3) projecting radially from a shaft (2) perpendicular to wind direction with a pair of swinging blades (5) that have in cross section aerodynamic profile of a wing with concave bottom surface. In order to increase the buoyant effect, the blades (5) can be provided in the region of their edges with swinging wing flaps (6).

Description

Oblast technikyTechnical field

Vynález se týká zařízení pro přeměnu energie větru na mechanickou energii £ odebíranou z otáčejícího se hřídele, tedy větrného motoru, který je tvořen páry výklopných lopatek uložených na ramenech vybíhajících radiálně z hřídele kolmého na směr větru.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a device for converting wind energy into mechanical energy 6 taken from a rotating shaft, i.e. a wind motor, comprising a pair of tilting vanes mounted on arms extending radially from a shaft perpendicular to the wind direction.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

U převážné většiny větrných motorů, které se staví v současné době, je hnacím prvkem vrtule otáčející se kolem osy rovnoběžné se směrem větru. Fungují na principu cirkulace vzduchu kolem aerodynamického profilu listů, které jsou uchyceny v náboji kolmo na osu rotace křídele, jenž má polohu přibližně vodorovnou. Jsou nejdokonalejším známým prostředkem pro získávání mechanické energie z kinetické energie proudícího vzduchu. S rychloběžnými dvou a třílistými vrtulemi dosahují účinnosti až 45 % a s pomaluběžnými vícelistými vrtulemi asi 35 %.For the vast majority of wind engines currently being built, the propeller is a propeller rotating about an axis parallel to the wind direction. They operate on the principle of air circulation around the aerodynamic profile of the leaves, which are held in the hub perpendicular to the axis of rotation of the wing, which has a position approximately horizontal. They are the most well-known means for obtaining mechanical energy from the kinetic energy of the flowing air. With high-speed two- and three-blade propellers they achieve efficiency up to 45% and with low-speed multi-blade propellers about 35%.

Vyžadují však vždy nastavování osy rotace podle směru větru a úhlu profilu listů vzhledem k rovině rotace. Jejich nevýhodou jsou dále velké pořizovací náklady, vyžadují umístění v poměrně vysoké stavbě pevně spojené se zemí, z ekologických j a urbanistických důvodů je nelze instalovat v běžné zástavbě. Nejsou tudíž vhodné pro maloodběratele elektrické energie.However, they always require the rotation axis to be set according to the wind direction and the blade profile angle relative to the plane of rotation. Their disadvantage is also large purchase costs, they require placement in a relatively high building firmly connected to the ground, for environmental and urban reasons, they cannot be installed in a common development. They are therefore not suitable for small-scale consumers of electricity.

Jsou dále známy větrné motory pracující na náporovém principu, které jsou tvořeny tělesy - lopatkami - upevněnými na hřídeli, jehož osa je kolmá na směr větru. Hnací moment získávají z proudu vzduchu v důsledku rozdílu aerodynamického odporu těchto těles při pohybu po větru a proti větru - tzv. karuselové motory, nebo po větru a v uměle vytvořeném závětří - tzv. bubnové motory. Příkladem karuselového motoru je řešení popsané ve zveřejněné patentové přihlášce WO 96/34197. U tohoto řešení jsou lopatky dělené a výklopné, takže při pohybu po větru působí vítr na plnou plochu páru lopatek a při pohybu proti větru jen na plochu jejich příčného průřezu. Obecně nevýhodou známých náporových větrných motorů je jejich poměrně nízká účinnost. Proto také nenašly širší uplatnění v praxi.There are further known wind-thrust engines, which consist of bodies - blades - mounted on a shaft whose axis is perpendicular to the wind direction. They obtain the driving torque from the air flow due to the difference in aerodynamic resistance of these bodies when moving on and against the wind - so-called carousel engines, or on wind and artificially created lee - so-called drum engines. An example of a carousel motor is the solution described in published patent application WO 96/34197. In this solution, the blades are split and tiltable so that, when traveling downwind, the wind acts on the full surface of the pair of blades, and when moving against the wind only the cross-sectional area thereof. In general, the disadvantage of known ramjet wind engines is their relatively low efficiency. Therefore, they also found no wider application in practice.

- 2 V posledním desetiletí byla věnována velká pozornost větrným motorům se svislou osou otáčení, u nichž se využívá cirkulace vzduchu kolem profilu velmi štíhlého křídla zavěšeného u vrcholu svislého hřídele a drženého v šikmé poloze podpěrou zakotvenou do paty hřídele. U jiného typu probíhá cirkulace kolem křídla ř- 2 In the last decade, great attention has been paid to vertical-axis wind motors, which utilize air circulation around a profile of a very slender wing suspended at the top of the vertical shaft and held at an angle by a support anchored to the shaft base. In another type of circulation around the wing ř

ve tvaru přibližně kruhového prstence uchyceného jak u vrcholu, tak u paty hřídele.in the form of an approximately circular ring attached to both the top and the base of the shaft.

| Tyto typy motorů založené na principu cirkulace vzduchu kolem křídla dosahují účinnosti až 30 %. Jejich nevýhodami jsou hlučnost a potřeba dalšího motoru k roztočení.| These types of engines based on the principle of air circulation around the wing achieve efficiency up to 30%. Their disadvantages are noise and the need for an additional engine to spin.

Vynález si klade za úkol navrhnout zdokonalený větrný motor na náporovém principu s účinností podstatně vyšší než mají známá zařízení tohoto typu a zároveň vyřešit i některé konstrukční problémy a přiblížit tak větrný motor podle vynálezu praktickému použití.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an improved thrust engine with an efficiency substantially higher than that of known devices of this type, while at the same time solving some design problems and bringing the wind engine of the invention closer to practical use.

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Uvedený úkol řeší větrný motor, který je tvořen páry výklopných lopatek uložených na ramenech vybíhajících radiálně z hřídele kolmého na směr větru, jehož podstata spočívá v tom, že lopatky mají v příčném řezu aerodynamický profil křídla s vydutou spodní plochou. U tohoto řešení se odebírá proudu vzduchu kromě náporové energie působící na otevřené lopatky v poloze kolmé na směr větru i energie působící vztlak lopatek v poloze rovnoběžné se směrem větru. Přitom odpor $ zavřených lopatek vracejících se proti větru do pracovních poloh je minimalizován.This object is solved by a wind motor consisting of pairs of hinged blades mounted on arms extending radially from a shaft perpendicular to the wind direction, which consists in that the blades have a cross-section aerodynamic profile of a wing with a concave bottom surface. In this solution, in addition to the thrust energy acting on the open blades in a position perpendicular to the wind direction, the air flow acting on the blades in a position parallel to the wind direction is taken. The resistance of the closed vanes returning to the wind to the working positions is minimized.

Ke zvýšení vztlakového účinku a k vyvážení aerodynamických sil mohou být J lopatky v oblasti svých hran opatřeny výklopnými vztlakovými klapkami.In order to increase the buoyancy effect and to balance the aerodynamic forces, the J vanes can be provided with tilting flaps in the region of their edges.

Jako výhodné řešení pro otevírání a zavírání lopatek se jeví, když lopatky každého páru jsou prostřednictvím páru táhel kloubově propojeny s jezdcem, který je uložen na vedení kolmém na rovinu otevřených lopatek a opatřen zarážkou k vymezení polohy jezdce při otevřených lopatkách.A preferred solution for opening and closing the blades appears when the blades of each pair are articulated by a pair of rods to the slider, which is mounted on a guide perpendicular to the plane of the open blades and provided with a stop to limit the slider position when the blades are open.

K potlačení rázu při otevření lopatek je s výhodou mezi jezdec a zarážku vložena pružina.To suppress the impact when the vanes are opened, a spring is preferably inserted between the slider and the stop.

Aerodynamický odpor páru zavřených lopatek při pohybu proti větru se omezí, jestliže je před jejich příčnými hranami v zavřené poloze umístěn aerodynamický kryt.The aerodynamic resistance of the pair of closed blades when moving against the wind is reduced if an aerodynamic cover is placed in front of their transverse edges in the closed position.

• · · · · • · · · · • · • · ··· · ··· · • · • · 9 9 • · • · * * • • • • • • 9 9 9 · 9 · • · • · • · • · • • • • • » • » 9 9 • · · • · · • · • · 9 9 • • • · • · 9 9 9 9 « « • · · · • · · · • · • · • · • · 9 9 • • • •

Aby bylo možno zamezit v případě potřeby otevírání lopatek, jsou s výhodou lopatky každého páru opatřeny západkovým mechanismem k jejich vzájemnému uzamčení, který je propojen se zařízením ke kontrole přetížení.In order to prevent the opening of the vanes if necessary, the vanes of each pair are preferably provided with a latch mechanism for locking them relative to each other, which is connected to the overload monitoring device.

Toto zařízení může být konstruováno tak, že ramena jsou uložena výkyvné na náboji upevněném na hřídeli, každé rameno je v pracovní poloze na dorazu přitahováno a drženo pružinou a magnetem upevněným na náboji a působícím na dvojramennou páku uloženou výkyvné na rameni a propojenou se západkovým mechanismem příslušného páru lopatek.The device may be designed such that the arms are pivotally mounted on a shaft-mounted hub, each arm in the working position being attracted to the stop and held by a spring and a magnet mounted on the hub and acting on a two-arm lever mounted on the arm and coupled to the latch mechanism pair of blades.

Mechanismus k ovládání lopatek může být vytvořen tak, že dvojramenné páky jsou propojeny s ovládací deskou vedenou na svislých tyčích, která ve své spodní poloze dosedá na vypínací páky, v jejichž dosahu se nacházejí dvojramenné páky.The blade control mechanism may be formed in such a way that the two-arm levers are connected to a control plate guided on vertical bars which, in its lower position, abuts the release levers within reach of the two-arm levers.

Ve výhodném provedení jsou ramena vzájemně provázána lanem nebo táhly.In a preferred embodiment, the arms are interconnected by a rope or rods.

V obzvláště výhodném provedení větrného motoru je na hřídeli uloženo v jedné rovině šest ramen s páry lopatek, přičemž po obvodu se střídají kratší ramena s rameny delšími nejméně o šířku lopatky.In a particularly preferred embodiment of the wind motor, six arms with pairs of blades are mounted on the shaft in one plane, with shorter arms alternating circumferentially with arms longer by at least the width of the blade.

Popis obrázků na výkreseDescription of the drawings

Vynález bude dále objasněn pomocí výkresu, na němž je vyobrazen funkční trojramenný model větrného motoru a jeho detaily. Obr. 1 představuje půdorys tohoto provedení funkčního modelu, obr. 2 je pohled směrem P podle obr. 1, obr. 3 je $ pohled směrem Q podle obr. 1, obr. 4 je řez A-A podle obr. 2 a obr. 5 je řez B-B podle obr. 1.The invention will be further elucidated with reference to the drawing, in which a functional three-arm model of a wind engine and its details are illustrated. Giant. Fig. 1 is a plan view of this embodiment of the functional model; Fig. 2 is a view in the direction P of Fig. 1; Fig. 3 is a view in the direction Q of Fig. 1; according to FIG.

Příklady provedení vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Popisovaný funkční model je příkladem trojramenného provedení náporového větrného motoru podle vynálezu, jehož hřídel má svislou polohu. Vynález se však vztahuje i na provedení s jiným počtem ramen, případně s vodorovným hřídelem.The functional model described is an example of a three-armed embodiment of the thrust wind motor according to the invention, whose shaft has a vertical position. However, the invention also relates to an embodiment with a different number of arms or a horizontal shaft.

Na náboji 1 upevněném na svislém hřídeli 2 jsou výkyvné uložena tři ramena 3, na jejichž koncích jsou na kloubech 4 otočně uloženy páry výklopných lopatek 5. Jak je zřejmé z průřezu lopatky 5 na obr. 4, mají lopatky profil prohnutého křídla. Lopatky 5 jsou v oblasti svých hran opatřeny výklopnými vztlakovými klapkami 6, které jsou do zatažené polohy přitahovány pružinami. Synchronizací otevření páruOn the hub 1 mounted on the vertical shaft 2, three arms 3 are pivotably mounted, at the ends of which the pairs of tilting vanes 5 are rotatably mounted on the joints 4. As can be seen from the cross-section of vane 5 in FIG. The blades 5 are provided with hinged flaps 6 in the region of their edges, which are attracted to the retracted position by springs. By synchronizing the opening of the pair

- 4 lopatek 5 zajišťuje mechanismus tvořený páry táhel 7 kloubově upevněných na jezdci uloženém na vedení 9, které je upevněno na rameni 3 kolmo na jeho osu. Krajní poloha jezdce 8 a zároveň míra otevření lopatek 5 je vymezena zarážkou 10 na vedení 9. K utlumení rázu při otevření lopatek 5 slouží tlačná pružina H. Před příčnými hranami páru lopatek 5 v zavřené poloze je umístěn aerodynamický kryt 12.4 blades 5 provide a mechanism consisting of a pair of rods 7 hingedly mounted on a slider mounted on a guide 9, which is mounted on the arm 3 perpendicular to its axis. The extreme position of the rider 8 and at the same time the opening of the blades 5 is defined by a stop 10 on the guide 9. A compression spring H is used to dampen the impact when the blades 5 are opened.

Jedna z lopatek 5 je opatřena odpruženou západkou 13 a druhá záchytkou 14. Tento západkový mechanismus slouží ke vzájemnému uzamčení lopatek 5, a to zejména tehdy, mohlo-li by dojít k přetížení motoru v důsledku příliš silného nárazu větru.One of the blades 5 is provided with a spring-loaded pawl 13 and the other has a catch 14. This pawl mechanism serves to lock the blades 5 relative to each other, especially if the motor could be overloaded due to too strong a wind impact.

Proto je západka 13 propojena lankem 15 se zařízením ke kontrole přetížení. Toto zařízení, jak je zřejmé z obr. 1, je provedeno tak, že každé rameno 3, výkyvné uložené, se v pracovní poloze opírá o doraz 16, k němuž je přidržováno pružinou 17 a magnetem 18 upevněným na náboji 1 a působícím na dvouramennou páku 19 uloženou výkyvné na rameni 3 a propojenou lankem 15 se západkou 13.Therefore, the latch 13 is connected by a cable 15 to the overload monitoring device. This device, as shown in FIG. 1, is designed so that each pivoted arm 3 is supported in the operating position by a stop 16, to which it is held by a spring 17 and a magnet 18 mounted on the hub 1 and acting on the two-arm lever. 19 mounted pivotably on the arm 3 and connected by a cable 15 to the latch 13.

V příkladném provedení je navržen rovněž mechanismus sloužící k ovládání západky 13, tj. uvolňování a opětnému zamykání lopatek 5. Je zřejmý z obr. 1 a 5. Dvojramenná páka 19 je propojena zapínacím lankem 20 přes kladku s prstencovitou ovládací deskou 21 vedenou na svislých tyčích 22. která ve své spodní poloze dosedá na vypínací páky 23, v jejichž dosahu jsou dvouramenné páky 19. Je zřejmé, že zvednutí ovládací desky 21 má za následek opětovné uvolnění zamčených lopatek 5, její stlačení dolů na vypínací páky 23 má za následek zamčení lopatek 5 $ v zavřené poloze. Ramena 3 jsou vzájemně provázána spojovacím lanem 24, takže při zamčení jednoho páru lopatek 5 dojde automaticky k zamčení ostatních párů. Na obr. 1 až 3 jsou vztahovou značkou 25 označeny závěsy, které spojují konce vedení s přečnívajícím vrcholem hřídele 2 a slouží ke stabilizaci celého systému.In the exemplary embodiment, a mechanism for actuating the pawl 13, i.e. releasing and re-locking the blades 5, is also provided. It is apparent from Figs. 1 and 5. The two-arm lever 19 is connected by a cable 20 via pulley to an annular control plate 21 guided on vertical bars 22 which, in its lower position, engages the release levers 23 within reach of the two-arm levers 19. Obviously, lifting the control plate 21 results in releasing the locked blades 5, pushing it down onto the release levers 23 results in locking the blades $ 5 in closed position. The arms 3 are interconnected by a connecting rope 24, so that when one pair of blades 5 is locked, the other pairs are automatically locked. In Figures 1-3, reference numerals 25 denote hinges that connect the ends of the conduit to the protruding top of the shaft 2 and serve to stabilize the entire system.

Jako velmi výhodné provedení větrného motoru, které není na výkrese znázorněno, se jeví takové, jež má na náboji 1 uloženo šest ramen 3 s páry lopatek 5, přičemž po obvodu se střídají kratší ramena 3 s ramneny 3 delšími nejméně o šířku lopatky 5. Je rovněž možno umístit větší počet párů lopatek na jednom rameni.A very advantageous embodiment of the wind engine, not shown in the drawing, appears to have six arms 3 with pairs of blades 5 mounted on the hub 1, with shorter arms 3 alternating circumferentially with arms 3 longer by at least the width of the blade 5. it is also possible to place a plurality of pairs of vanes on one arm.

Za předpokladu, že v páru zavřených lopatek 5 je uvolněn západkový mechanismus, dojde zejména v důsledku tlaku působícího uvnitř lopatek 5 po dosažení přední úvratě k jejich otevření a zároveň k vyklopení vztlakových klapek 6 na odtokové hraně lopatek 5. Na otevřené lopatky 5 tak působí v oblasti *Assuming that the pawl mechanism is released in the pair of closed blades 5, the pressure inside the blades 5, after reaching the dead center, opens them and at the same time tilts the flaps 6 on the trailing edge of the blades 5. areas *

přední úvratě vztlaková síla ve smyslu otáčení motoru. Po dalším pootočení převládne postupně náporová síla větru působící na vydutou plochu otevřených lopatek 5. Po vstupu do oblasti zadní úvratě se zaklopí vztlakové klapky 6 na hraně, která se zde stává náběhovou a vyklopí se klapky na opačné hraně, která se stává odtokovou. V oblasti zadní úvratě na otevřené lopatky 5 působí opět vztlaková síla /s větru ve smyslu otáčení motoru. Vyklápění vztlakových klapek 6 může být řešeno jako nucené, např. odvozené od pohybu jezdce 8 po vedení 9. Propojení lopatek 5 s jezdcem 7 prostřednictvím táhel 8 zajišťuje synchronizaci a stabilitu lopatek 5. Odpružená západka 13, pokud poleví tah v lanku 15, vzájemně zamče pár lopatek 5. To se může stát buď při přetížení otevřených lopatek 5 poryvem větru nebo pomocí ovládacího zařízení. Při náhlém poryvu větru je rameno 3 s otevřenými lopatkami 2 vykývnuto dopředu proti působení pružiny 17 a magnetu 18 a dvouramenná páka 19 uvolní tah na lanku 15, a jakmile se pár lopatek 5 zavře, západka 13 je v této poloze uzamče. Prostřednictvím spojovacího lana 24 se vychýlí i zbylá ramena 3 a uzamčou se i ostatní páry lopatek 5. Stejného efektu se dosáhne též stlačením ovládací desky 21 směrem dolů, a to prostřednictvím vypínacích pák 23. Naopak uvolnění západek 13 se dosáhne pozvednutím ovládací desky 21, která prostřednictvím zapínacích lanek 20 vrátí dvouramenné páky 19 jakož i ramena 2 do původní polohy a napne lanka 15.forward dead center buoyancy force in terms of engine rotation. Upon further rotation, the thrust force of the wind acting on the concave surface of the open blades 5 gradually prevails. Upon entering the rear dead center area, the flaps 6 at the edge become folded in and the flaps at the opposite edge become folded out. In the region of the rear dead center, the open blades 5 again have a buoyancy force / s of wind in the sense of the rotation of the engine. The tilting of the flaps 6 can be solved as forced, eg derived from the movement of the slider 8 along the guide 9. Connecting the blades 5 to the slider 7 by means of the drawbars 8 ensures the synchronization and stability of the blades 5. This can happen either when the open blades 5 are overloaded by a wind blast or by means of a control device. In a sudden wind gust, the arm 3 with the open blades 2 is pivoted forward against the action of the spring 17 and the magnet 18 and the two-arm lever 19 releases the tension on the cable 15, and as soon as the pair of blades 5 closes. By means of the connecting rope 24, the remaining arms 3 are also deflected and the other pairs of blades 5 are locked. The same effect is also achieved by pressing the control plate 21 downwards by means of the release levers 23. by means of the fastening cables 20 it returns the two-arm levers 19 as well as the arms 2 to the original position and tightens the cables 15.

Claims

PATENT CLAIMS $

Wind engine comprising pairs of hinged blades mounted on arms j projecting radially from a shaft perpendicular to the wind direction, characterized in that the blades (5) have, in cross-section, an aerodynamic profile of the wing with a concave underside.

Wind engine according to claim 1, characterized in that the vanes (5) are provided with hinged flaps (6) in the region of their edges.

Wind engine according to claim 1 or 2, characterized in that the blades (5) of each pair are articulated by means of a pair of rods (7) to a slider (8) which is mounted on a guide (9) perpendicular to the plane of the open blades. provided with a stop (10) to define the position of the rider (8) with the blades (6) open.

Wind engine according to claim 3, characterized in that a spring (11) is inserted between the slider (8) and the stop (10).

/

Wind engine according to claims 1 to 4, characterized in that an aerodynamic cover (12) is arranged in front of the transverse edges of the blades (5) in their closed position.

Φ

Wind engine according to claims 1 to 5, characterized in that the blades (5) of each pair are provided with a latch mechanism for locking them relative to each other, which is connected to an overload monitoring device.

Wind engine according to claim 6, characterized in that the arms (3) are pivotable on a hub (1) mounted on the shaft (2), each arm (3) being held by a spring (17) in the working position at the stop (16). ) and a magnet (18) mounted on the hub (1) and acting on the two-arm lever (19) pivoted on the arm (3) and connected to the latch mechanism of the respective pair of blades (5).

- 7

Wind engine according to claim 7, characterized in that the two-arm levers (19) are connected to a control plate (21) guided on vertical bars (22), which in their lower position abuts the release levers (23) within their reach. the two-arm levers (19) are located.

h v

J

Wind engine according to claim 7 or 8, characterized in that the arms (3) are interconnected with a connecting cable (24) or a tie rod.

Wind engine according to one of Claims 1 to 9, characterized in that six arms (3) with pairs of blades (5) are arranged in one plane on the shaft (2), the shorter arms alternating circumferentially with arms longer by at least a width blades (5).