CZ2010466A3

CZ2010466A3 - Apparatus for utilization of wind energy

Info

Publication number: CZ2010466A3
Application number: CZ20100466A
Authority: CZ
Inventors: Hujecek@Zdenek; Kremen@Aleš; Hujecek@Aleš
Original assignee: Hujecek@Zdenek; Kremen@Aleš; Hujecek@Aleš
Priority date: 2010-06-14
Filing date: 2010-06-14
Publication date: 2011-12-21
Also published as: CZ303738B6

Abstract

Zarízení k využití energie vetru je založeno na principu kmitajícího vodorovného krídla uloženého na stabilním rámu. Krídlo (1) je upevneno na horním vahadle (6) paralelogramu (4), který je tvoren vahadly (6, 7) otocne uloženými nad sebou na konci táhla (2), uloženého v rámu suvne a otocne kolem svislé osy, a propojenými dvema svislými tycemi (8). Na paralelogramu (4) je vytvorena alespon jedna narážka (9), která v krajních polohách krídla (1) dosedá na v podstate vodorovný díl rámu (3).The wind energy utilization device is based on the principle of an oscillating horizontal wing mounted on a stable frame. The wing (1) is mounted on the upper rocker arm (6) of the parallelogram (4) which is formed by rockers (6, 7) pivotably mounted one above the other at the end of the rod (2) mounted in a frame slidably and rotatably about a vertical axis and connected by two vertical rods (8). At least one stop (9) is formed on the parallelogram (4), which abuts the substantially horizontal frame part (3) in the extreme positions of the wing (1).

Description

Oblast technikyTechnical field

Vynález se týká zařízení k využití energie větru na principu kmitajícího vodorovného křídla uloženého na stabilním rámu.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a device for utilizing wind energy on the principle of an oscillating horizontal wing mounted on a stable frame.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

V současné době se získává energie z větru převážně ve větrných ?'?ktrámách, které mají vrtuli s vodorovnou osou. Jejich nevýhodou je nezanedbatelná hlučnost a vysoká měrná pořizovací cena - Kč/kW, která strmě klesá s instalovaným výkonem, což v podstatě brání instalaci jednotek o nižším výkonu. Vrtule větrných elektráren má obvodovou rychlost v hodnotách až 80 m/s, což je několikanásobně vyšší rychlost než je obvyklá rychlost větru. Tím dochází k vysokému namáhání konstrukce, které se projeví v pořizovacích nákladech. Větrné vrtulové motory se vyznačují poměrně nízkou účinností, v ideálním případě η = 30%, což je podmíněno tím, že se rychlost vrtulového listu mění po jeho délce od nuly v ose rotace po uvedených 80 m/s na špici a list musí být proto zkroucený.Currently, wind power is predominantly generated in wind turbines having a horizontal axis propeller. Their disadvantage is considerable noise and high specific purchase price - CZK / kW, which decreases steeply with installed output, which basically prevents installation of units with lower output. The wind turbine has a peripheral speed of up to 80 m / s, which is several times higher than the usual wind speed. This results in a high stress on the structure, which is reflected in the purchase costs. Wind propeller engines are characterized by relatively low efficiency, ideally η = 30%, which is conditioned by the fact that the speed of the propeller blade varies along its length from zero in the axis of rotation to 80 m / s at the tip and therefore the blade must be twisted. .

Jsou známy větrné motory na principu vodorovného křídla, které se natáčí vůči proudu vzduchu a je jím střídavě tlačeno do horní a spodní polohy. Jeho vratný pohyb se přenáší na klikový nebo pístový mechanismus a takto získaná energie se využívá k výrobě elektřiny nebo k čerpání vody.There are known horizontal-wing wind motors that rotate relative to the air flow and are alternately pushed to the upper and lower positions. Its reciprocating motion is transmitted to the crank or piston mechanism and the energy thus obtained is used to generate electricity or pump water.

V japonském spisu JP 56107976 se popisuje zařízení, ve kterém je křídlo uloženo kyvné v náběžné hraně a ojnicí uloženou cca v těžišti profilu křídla se převádí jeho kmitání na klikový mechanismus. V dolní úvrati je křídlo nastaveno na velký úhel a výsledná aerodynamická sílaje natáčí kolem závěsného čepu, přičemž ojnice spojená s křídlem otáčí hřídelí. Při vzestupném pohybu křídla se postupně úhel nastavení zmenšuje až do nuly ve střední poloze a pak vzrůstá záporný úhel nastavení. Od jisté malé hodnoty záporného úhlu nastavení má každý profil záporné hodnoty součinitele vztlaku a výsledná aerodynamická síla na křídlo je záporná. V uvažovaném provedení tedy brzdi pohyb kliky. Jestliže se zanedbá změna úhlu náběhu podmíněná vertikálním posunutím křídla, což lze při nízkých otáčkách kliky, je možno úhel nastavení pokládat za úhel náběhu, jemuž je přímo úměrná aerodynamická sila. V uvažovaném schématu v oblasti poloh, kde je přeměna síly na moment nejvýhodnější, je tato síla vzhledem k malému úhel náběhu malá. Jde tedy o řešení z dynamického hlediska zcela nevýhodné.JP 56107976 discloses a device in which the sash is pivoted in the leading edge and the connecting rod mounted approximately in the center of gravity of the sash profile converts its oscillation to the crank mechanism. At the bottom dead center, the wing is set at a large angle and the resulting aerodynamic force swivels around the hinge pin, with the connecting rod connected to the wing rotating the shaft. As the wing moves upward, the angle of adjustment gradually decreases to zero in the center position and then the negative angle of adjustment increases. From a certain small negative angle setting, each profile has a negative buoyancy factor and the resulting aerodynamic force on the wing is negative. Thus, in the embodiment, the crank movement is inhibited. If the angle of attack caused by the vertical displacement of the sash, which is possible at low crank speeds, is neglected, the setting angle can be regarded as the attack angle, which is proportional to the aerodynamic force. In the scheme considered in the region of positions where the conversion of force to torque is most advantageous, this force is small due to the small angle of attack. It is therefore a completely disadvantageous solution.

US patent č. 4395336 se týká systému dvou křídel, která mají vodorovné podélné osy a jsou připevněna na koncích nosníku uchyceného kyvné ke svislému sloupu, přičemž vodorovný kyvný čep není uprostřed mezi křídly, ale blíže přednímu . křídlu, orientovanému proti směru větru. Křídla jsou uchycena tak, aby jejich profil byl volný pro nastavení křídla vzhledem ke směru proudu vzduchu. Předpokládá se, že bodem uchyceni bude vždy procházet výslednice aerodynamických sil působících na obtékané křídlo, jehož úhel nastavení se bude měnit účinkem křidélek zvláštním mechanismem dle polohy kývající tyče s křídly. Tyto řídící plošky jsou umístěny na křídlech buďto u odtokové hrany nebo před hranou náběžnou. Funkce ovládacího mechanismu není specifikována.U.S. Pat. No. 4,395,336 relates to a two-leaf system having horizontal longitudinal axes and attached at the ends of a pendulum-mounted beam to a vertical column, wherein the horizontal pivot pin is not centered between the wings but closer to the front. wing facing upwind. The wings are fixed so that their profile is free to adjust the wing relative to the direction of air flow. It is assumed that the resultant of aerodynamic forces acting on the bypass wing will always pass through the anchorage point, whose angle of adjustment will be changed by the action of the ailerons by a special mechanism according to the position of the swinging rod with the wings. These control pads are located on the wings either at the trailing edge or in front of the leading edge. The function of the control mechanism is not specified.

Rovněž v US 6652232 se jedná o samonastavující se systém kmitajícího křídla, který nemůže zajistit optimální úhel náběhu v každém bodě trajektorie.Also in US 6652232 it is a self-adjusting oscillating wing system that cannot provide an optimum angle of attack at each point of the trajectory.

Vynález si klade za úkol navrhnout zařízení na principu kmitajícího vodorovného křídla, jehož řídící mechanismus by zajistil křídlu optimální nastavení, a tudíž optimalizoval výkon zařízení.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an oscillating horizontal wing device whose control mechanism would provide the wing with optimal adjustment and thus optimize the performance of the device.

. Podstata vynálezu. SUMMARY OF THE INVENTION

Uvedený úkol řeší zařízení k využití energie větru na principu kmitajícího vodorovného křídla uloženého na stabilním rámu, jehož podstata spočívá v tom, že křídlo je upevněno na horním vahadle paralelogramu, který je tvořen vahadly otočně uloženými nad sebou na konci táhla, uloženého v rámu suvně a otočně kolem svislé osy, a propojenými dvěma svislými tyčemi, přičemž na paralelogramu je vytvořena alespoň jedna narážka, která v krajních polohách křídla dosedá na v podstatě vodorovný díl rámu.The object of the present invention is to provide a device for utilizing wind energy on the principle of an oscillating horizontal wing mounted on a stable frame, which consists in that the wing is mounted on the upper rocker arm of the parallelogram. rotatable about a vertical axis, and interconnected by two vertical rods, wherein at least one stop is formed on the parallelogram which abuts a substantially horizontal frame part in the extreme positions of the wing.

Ve výhodném provedení umožňujícím přesné nastavení úhlu náběhu během pohybu křídla je podél táhla situována alespoň jedna kulisa uložená otočně spolu s táhlem, v niž jsou vytvořeny dvě zakřivené drážky, vzestupná a sestupná, dole i nahoře vzájemně propojené, v nichž je suvně uložen kluzák uložený na výběžku spodního vahadla • ·In a preferred embodiment allowing precise adjustment of the angle of attack during the movement of the wing, at least one sliding member is mounted rotatably along with the rod, in which two curved grooves are formed, upward and downward, interconnected at the bottom and top, in which the glider is mounted lower rocker arm projection • ·

- 3 Vodorovným dílem rámu může být deska upevněná na stojinách a opatřená otvorem, jímž prochází táhlo i svislé tyče paralelogramu.- 3 The horizontal part of the frame may be a plate fixed to the webs and provided with an opening through which both the rod and the vertical rods of the parallelogram pass.

V konkrétním provedení může být táhlo vespod otočně uloženo v jezdci suvně uloženém v rámu a propojeném s klikovým mechanismem setrvačníku.In a particular embodiment, the rod can be rotatably mounted underneath in a slider slidably mounted in the frame and connected to the flywheel crank mechanism.

Ve výhodném zdvojeném provedení zařízení jsou jezdci uloženy v rámech v podobě stožárů o odlišné výšce a s klikami setrvačníku propojeny pomocí lan, přičemž jsou jezdci zavěšeny na koncích společného lana probíhajícího přes kladky uložené na stožárech.In a preferred twin embodiment of the device, the riders are mounted in frames in the form of masts of different height and connected to the flywheel cranks by means of ropes, the riders being suspended at the ends of a common rope running over pulleys mounted on the masts.

Setrvačník může být napojen na zubové čerpadlo opatřené škrticím ventilem a uložené v olejové lázni, v níž se nachází výměník vodního vytápění.The flywheel can be connected to a gear pump equipped with a throttle valve and housed in an oil bath in which the water heating coil is located.

Přehled obrázků na výkreseOverview of the drawings

Vynález bude dále objasněn pomocí výkresu, na němž obr. 1 v částečném bokorysném řezu a obr. 2 v řezu A-A podle obr. 1 schematicky představují příkladné provedení mechanismu pro nastavení kmitajícího vodorovného křídla zařízení podle vynálezu, obr. 3 je dvojice spolupracujícíh zařízení umístěných na stožárech a obr. 4 je aplikace zařízení pro vytápění budovy.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention will be further elucidated by means of the drawing, in which FIG. 1 is a partial side cross-section and FIG. 2 in section AA according to FIG. 1 schematically illustrates an exemplary embodiment of an oscillating horizontal wing adjustment mechanism; and Fig. 4 is an application of a building heating device.

Příklady provedení vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Konstrukční uspořádání mechanismu pro nastavení vodorovného kmitajícího křídla 1 je součástí kompletního zařízení na využití energie větru, jehož příkladná provedení jsou schematicky znázorněna na obr. 3 a 4. Křídlo 1 uložené výkyvné na táhle 2 mění periodicky svůj sklon ke směru proudění větru vyjádřený úhlem a; při kladném úhlu g působí na táhlo 2 silou směřující vzhůru a naopak při záporném úhlu g směrem dolů. Táhlo 2 je v rámu 3 uloženo suvně a přenáší vratný pohyb křídla 1. k dalšímu využití. Aby zařízení reagovalo na měnící se azimut větru, jsou křídlo 1 s táhlem 2_v rámu 3 uloženy otočně kolem svislé osy táhla 2.The structure of the mechanism for adjusting the horizontal oscillating sash 1 is part of a complete wind energy recovery device, exemplary embodiments of which are shown schematically in Figures 3 and 4. The wing 1 mounted pivotably on the linkage 2 changes periodically its inclination to the wind direction expressed by angle α; at a positive angle g, the upward force is applied to the rod 2 and vice versa at a negative angle g downward. The drawbar 2 is slidably mounted in the frame 3 and transmits the reciprocating movement of the wing 1 for further use. In order to respond to the changing wind azimuth, the wing 1 with the rod 2 in the frame 3 is mounted rotatably about the vertical axis of the rod 2.

V zařízení podle vynálezu se nejedná o samonastavující systém; úhel g nastavení křídla 1 je v každém bodě jeho dráhy přesně stanoven. K tomu slouží mechanismus tvořený paralelogramem 4 a kulisou 5. Paralelogram 4 je složen ze dvou vahadel 6, 7 uložených na táhle 2 a propojených svislými tyčemi 8. Při tom na horním vahadle 6 je upevněno křídlo 1 a spolu s ním se naklápí. Na jedné z tyčí 8 • · resp. v jejím prodloužení jsou umístěny narážky 9, které vymezují body obratu kmitajícího křídla 1. Ze strany rámu 3 jsou body obratu vymezeny vodorovnou deskou 10 upevněnou k rámu stojinami 11. Vzhledem k tomu, že křídlo 1 i nastavovací mechanismus jsou otočné kolem svislé osy, musí narážky 9 fungovat v libovolné azimutální poloze křídla 1. Prochází tedy táhlo 2 i paralelogram 4 kruhovým otvorem v desce 10 a narážky 9 jsou konstruovány tak, aby se odvalovaly po obvodu otvoru. Je třeba konstatovat, že funkci obou narážek 9 může v jiném provedení převzít narážka jediná - spodní - spolupracující se dvěma dorazovými plochami v různých rovinách.The device according to the invention is not a self-adjusting system; the angle g of the sash 1 is precisely determined at each point of its path. For this purpose, a mechanism consisting of a parallelogram 4 and a backdrop 5 is used. The parallelogram 4 consists of two rocker arms 6, 7 mounted on a link 2 and connected by vertical bars 8. The wing 1 is fixed on the rocker arm 6 and tilts together. On one of the bars 8 • · resp. in its extension, the stops 9 are located which define the turning points of the oscillating wing 1. On the side of the frame 3 the turning points are defined by a horizontal plate 10 fixed to the frame by the uprights 11. Since the wing 1 and the adjusting mechanism are pivotable the stoppers 9 operate in any azimuthal position of the wing 1. Thus, the rod 2 and the parallelogram 4 pass through a circular opening in the plate 10 and the stoppers 9 are designed to roll around the periphery of the opening. It should be noted that the function of the two stops 9 can in another embodiment be taken over by a single one - the bottom one - cooperating with two stop surfaces in different planes.

Mechanismus, tak jak byl doposud popsán, může již v této podobě realizovat nastavení úhlu g křídla 1, avšak pouze tak, že v krajních polohách dojde skokem ke změně maximálního +a na maximální -a a obráceně. Vzhledem k tomu, že je výhodné, aby úhel +a resp. -a od bodu obratu narůstal postupně a nabyl maximální hodnoty v polovině dráhy křídla 1, je nastavovací mechanismus doplněn o kulisu 5, která je uložena na rámu 3 otočně spolu s táhlem 2. V kulise 5 jsou vytvořeny dvě zakřivené drážky 12, vzestupná a sestupná, jež jsou nahoře i dole propojeny. Při vratném pohybu křídla 1, táhla 2 a paralelogramu 4 se v drážkách pophybuje kluzák 13 upevněný na konci výběžku 14 dolního vahadla 7. Tvar drážky 12 resp. její vzdálenost od osy v daném místě tak určují úhel g nastavení křídla 1 v daném místě. Je třeba podotknout, že v jiném konstrukčním provedení může kluzák 13 převzít funkci narážek 9 a zároveň vymezovat body obratu kmitajícího křídla 1.The mechanism, as previously described, can already in this form realize the adjustment of the angle g of the wing 1, but only so that in extreme positions the maximum + and maximum -a change and vice versa. Since it is preferred that the angle + and. and since the turning point has increased gradually and has reached the maximum value in the middle of the wing 1, the adjusting mechanism is complemented by a slide 5, which is mounted on the frame 3 rotatably together with the drawbar 2. In the slide 5 two curved grooves 12 are formed. that are linked up and down. During the reciprocating movement of the wing 1, the rod 2 and the parallelogram 4, a glider 13 fixed at the end 14 of the lower rocker arm 7 moves in the grooves. its distance from the axis at a given location thus determines the angle g of the sash 1 adjustment at that location. It should be noted that in another construction, the glider 13 can take over the function of the stops 9 while defining the turning points of the oscillating wing 1.

V příkladném provedení zařízení podle obr. 3 je táhlo 2 kmitavého křídla 1 propojeno s klikou 15 setrvačníku 16, který je s výhodou opatřen nevývažkem, aby se zabránilo ustavení křídla 1 v mrtvém bodu, tj. v poloze při úhlu g = 0. Provedení podle obr. 3 představuje schematicky zdvojené zařízení na využití energie větru. Konstrukční celek podle obr. 1 a 2 je zde umístěn na vrcholu dvou stožárů 17, 7čemž otočná táhla jsou uložena v jezdcích 18 konajících vratný pohyb na svislých vedeních. Jezdci 18 jsou s klikami 15 setrvačníku 16 propojeny pomocí tažných lan 19 a vzájemně synchronizovány pomocí závěsných lan 20 vedených přes kladky 21 uložené na stožárech 17.In the exemplary embodiment of the device according to FIG. 3, the swing wing rod 2 is connected to the flywheel handle 15, which is preferably provided with an unbalance, in order to prevent the wing 1 from aligning at a position at an angle of g = 0. Fig. 3 shows schematically a double wind energy recovery device. The assembly of FIGS. 1 and 2 is located at the top of two masts 17, 7, whereby the pivoting rods are mounted in sliders 18 reciprocating on the vertical guides. The riders 18 are connected to the cranks 15 of the flywheel 16 by means of pulling ropes 19 and synchronized with each other by means of suspension ropes 20 guided over rollers 21 mounted on the masts 17.

Na obr. 4 je jiné provedení zařízení podle vynálezu, které dodává mechanickou energii pro výrobu tepla k vytápění budovy. Jedná se o stožár 17 ♦ · ·· s jedním křídlem 1 a se dvěma pomocí lan 20 propojenými jezdci 18 umístěnými nad sebou. Účelem této konstrukce je umožnit propojení jezdců 18 s klikami 15 setrvačníku 16 prostřednictvím tažných lan 19, což se jeví žádoucí vzhledem k velké vzdálenosti zdroje energie od setrvačníku 16. Setrvačník 16 pohání zubové čerpadlo 22 uložené v olejové lázni 23 a opatřené škrticím ventilem 24, které přeměňuje mechanickou energii na teplo a ohřívá olej, v něm se nachází primární tepelný výměník 25, kterým cirkuluje voda z akumulační nádrže 26 ústředního topení. V ni je pak sekundární výměník 27 ústředního topení, který je zapojen do okruhu topných těles 28.Fig. 4 shows another embodiment of a device according to the invention which supplies mechanical energy for heat production to heat a building. It is a mast 17 ♦ · ·· with one wing 1 and with two ropes 20 connected by sliders 18 placed one above the other. The purpose of this design is to allow the sliders 18 to be connected to the flywheels 15 by means of pulling ropes 19, which seems desirable due to the large distance of the power source from the flywheel 16. The flywheel 16 drives the gear pump 22 stored in the oil bath 23 and provided with a throttle 24 it converts mechanical energy into heat and heats the oil in which the primary heat exchanger 25 is located, through which the water from the central heating storage tank 26 is circulated. In it there is a secondary heat exchanger 27, which is connected to the heating element circuit 28.

Claims

PATENT CLAIMS

An apparatus for utilizing wind energy on the principle of an oscillating horizontal wing mounted on a stable frame, characterized in that the wing (1) is mounted on the upper rocker arm (6) of the parallelogram (4), which is formed by rocker arms (6, 7) rotatably mounted one above the other at the end of the tie rod (2) mounted in the frame (3) in a sliding and rotatable manner about a vertical axis and interconnected by two vertical bars (8), at least one stop (9) being formed on the parallelogram (4) The sash (1) bears on a substantially horizontal frame part (3).

Apparatus according to claim 1, characterized in that along the rod (2) there is situated at least one slide (5) mounted rotatably together with the rod (2) in which two curved grooves (12) are formed, upward and downward, downwards also interconnected at the top, in which a glider (13) mounted on the projection (14) of the lower rocker arm (7) is slidably mounted.

Device according to claim 1 or 2, characterized in that the horizontal part of the frame (3) is a plate (10) mounted on the webs (11) and provided with an opening through which both the rod (2) and the vertical rods (8) of the parallelogram (4). ).

Device according to Claims 1 to 3, characterized in that the rod (2) is rotatably mounted underneath in a slider (18) slidably mounted in the frame (3) and connected to the flywheel crank mechanism (16).

Double device according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the sliders (18) are mounted in frames in the form of masts (17) of different heights and connected to the flywheels (16) by means of pulling ropes (19), wherein the sliders (18) are suspended at the ends of the common rope (20) running over the pulleys (21) mounted on the masts (17).

Device according to claims 1 to 5, characterized in that the flywheel (16) is connected to a gear pump (22) provided with a throttle valve (24) and housed in an oil bath (23) in which the water exchanger (25) is located. heating.