CZ2015528A3 - Větrná turbína - Google Patents

Abstract

Větrná turbína je opatřena vertikálním listovým rotorem. Pozůstává z pevně umístěného nosného hřídele (1), pevně umístěného kruhového podstavce (2) a dutého hřídele (4) rotoru se čtyřmi listy (3) pohyblivě připojeného ložisky k nosnému hřídeli (1). Válcovitý obal s výstupním otvorem (5) je otočně připevněn k nosnému hřídeli (1) a kruhovému podstavci (2). Výkyvně připojená křídla (6) vstupného otvoru jsou opatřena směrovacími lamelami (7). Turbína je opatřena výkyvně připojeným pružinovým tlumičem (8), jsou pro směrovací lamely. Dále je opatřena pevně připojeným pneumatickým regulačním zařízením (11), zásobníkem stlačeného vzduchu (12), přítlačnou spojkou (13) a směrovým křídlem (14) uspořádaným na horní ploše válcovitého obalu.

Description

Oblast techniky

Technické řešení se týká větrné turbíny, zlepšení její účinnosti, výkonu a automatických regulačních vylepšení větrné turbíny s vertikálním rotorem založených na mechanických, pneumatických a aerodynamických principech.

Současný stav techniky

Zařízení na využíváni větrné energie jsou známé tisíce let. Mezi první zařízení na využívám větrné energie patřili plachetnice a větrné mlýny. Jejich konstrukce byli vyrobené hlavně ze dřeva, látky, kamene anebo z cihel. Tato technologie využívání větrné energie byla v 16. až 19. století našeho letopočtu zdokonalena a to převážné na pohánění námořních lodí, protože otevřená rovná plocha mořské hladiny narušovaná jenom mořskými vlnami má na využíváni větrné energie ideální podmínky. Větrná energie se od svého objevení používala na různé účely jako např. pohon námořních plachetnic a některých lodí, které ve vnitrozemí pluli po řekách a jezerech, mletí obilí, čerpání vody a odvodňovací práce. Výhodou větrné energie je že neznečišťuje životní prostředí, což nevytváří teplo (s výjimkou kompresorů poháněných větrnými zařízeními) oxid uhličitý a jiné splodiny a chemikálie způsobující globální oteplováni a je zadarmo. Největší nevýhodou větrné energie je její proměnlivost, protože její výkon záleží na meteorologických podmínkách a zařízení, které ji používá a při veliké rychlosti větru a bouři hrozí poškození takového zařízení. V 18. a 19. století se značně zdokonalili výrobní postupy železa a ocelí, které umožnili zvýšit pevnost a odolnost takových zařízení. Pokrok v oblasti strojírenství, aerodynamiky a meteorologie umožnil zdokonalení technických parametrů zařízení využívajících větrnou energii, ale při stavbě námořních lodí se v dnešní době nepoužívá. I když podobná větrná turbína už byla vyvinuta, původní typ větrní turbíny má několik podstatných nevýhod a rozdílů. První a nej důležitější rozdíl je v tom, že původní typ větrné turbíny používá Savoinusův rotor, čeho důsledkem je silné víření, nízká účinnost, výkon a silné deformace rotoru při vysokých otáčkách. Druhý nejdůležitější rozdíl u původní větrné turbíny je v úplné absenci regulace výkonu, což velice omezuje délku křídel vstupního otvoru, výkon a účinnost při různých rychlostech větru a taky zřejmě nevyužívá sací efekt na výstupním otvoru. Původní stroj taky nemá lamely vstupního otvoru a žádnou ochranu proti roztržení rotoru.

rozdělení zařízení používajících větrnou energii podle konstrukce:

a) s nepohyblivými částmi - do této skupiny patří hlavně větrné plachty používané pro historické a sportovní lodě, anebo pozemní vozidla. U pozemních vozidel jako např. kolové vozidla anebo zařízení s kluzáky určené na pohyb po ledu se používají jenom na sportovní účely,

b) s pohyblivými částmi - do této skupiny patří zařízení s horizontálními a vertikálními rotory různých typů a tvarů jako např. horizontální listové rotory, které jsou v dnešní době nejrozšířenějším spůsobem průmyslovného používání větrné energie na výrobu elektřiny. rozdělení známých zařízení na využívání větrné energie podle typu rotoru:

a) rychleotáčivé a pomaluotáčivé horizontální listové rotory

b) horizontální rotory s plášťovou turbínou

c) Savoinusův rotor t.j. lopatkový rotor s vertikální osou rotace založený na principu různého odporu vzduchu jeho listů. Tenhle princip jejich odlišného odporu vzduchuje daný jejich tvarem a podle směru větru, který na listy vertikálního rotoru působí.

d) Darieusův rotor

Podstata řešení

Větrná turbína se odlišuje od ostatních větrných turbín s vertikálním rotorem tím, že její otoční kryt zvyšuje výkon vertikálneho rotora. Savoinusův rotor jako vertikální typ rotoru má veliké víření, co spůsobuje pokles výkonu a malou odolnost vůči deformacím odstředivou silou a a z toho důvodu nebyl použitý v tomhle typu větrný turbíny s vertikálním rotorem. Vylepšená, odlehčená, symetrická konstrukce vertikálního rotoru je navržena pro maximální pevnost a nejnižší možnou hmotnost. Šikmá plocha čtyř listů rotoru společně s lamelami vstupního otvoru umožňují zvýšit účinnost ve využití větrné energie tím, že proudící vzduch tlačí na listy rotoru v směru jeho rotace pod úhlem, který se blíží k 90 stupňům vzhledem na plochu listů rotoru. Otočný kryt je navržen tak, aby zachycoval maximální objem vzduchu a taky umožnil jeho velice efektivní usměrnění na listy rotoru přes lamely vstupního otvoru spolu se záhybem na pravém křídle otočného krytu. Výkyvné připevněná křídla umožňují regulovat množství zachyceného vzduchu a otáčky rotoru resp. výkon zařízení v závislosti od rychlosti větru. Výhoda v porovnání s ostatními větrnými turbínami je v tom, že dokáže využít nejenom kinetickou energii větru, ale taky dynamický tlak větru na vstupním otvoru. Sací efekt díky speciálnímu tvarování výstupního otvoru při rychlostech větru nad cca. 20 km/hod vytváří podtlak co je další prvek na zvýšení výkonu a správného otočení otočného krytu vstupným otvorem proti větru. Pneumatický regulační systém otočného krytu umožňuje spojit výhody pomaluotáěivého a rychleotáčivého rotoru a částečným uzavřením křídel vstupního otvoru sníží průtok vzduchu rotorem při vysokých rychlostech větru a tím zabrání roztržení rotoru a poškození ostatních částí větrné turbíny. Částečným uzavřením křídel vstupního otvoru při vysokých rychlostech větru se sníží tlak z návětmé strany na celou větrnou turbínu aby se zabránilo převrácení celého zařízení a zlomení nosného hřídele. Částečným uzavřením křídel vstupního otvoru se taky sníží průtok vzduchu rotorem aby se snížili jeho otáčky a zabránilo se jeho roztržení odstředivou silou. Dutý hřídel rotoru umožní velikou odolnost proti zaseknutí rotoru a umožní mechanické připojení zařízení na využívaní získaného výkonu.

Konstrukce větrné turbíny pozůstává z těchto částí.

.) Nosný hřídel - tato nepohyblivá část je pevně ukotvená v zemi. Je hlavním nosným prvkem celé konstrukce větrné turbíny. Její část pod povrchem slouží na ukotvení celého zařízení do takové míry, aby vydrželo namáhání, které je spůsobené tlakem větru ze předu a ze stran a vahou jednotlivých částí větrné turbíny. Jeho horní část nad povrchem země prochází přes kruhový podstavec, dutý hřídel rotoru a otoční kryt. Je pohyblivě spojená ložisky s dutým hřídelem rotoru a otočným krytem větrné turbíny. Nosný hřídel je rozdělen na dvě části, kvůli jednodušší přepravě a montáži, protože jeho celková délka přesahuje délku věčšiny nákladních automobilů, přívěsů a návěsů. Dalším důvodem pro rozdělení nosného hřídele na dvě části je jednoduchší manipulace s jeho dolní částí, která se umisťuje a upevňuje pod povrchem.

.) Kruhový podstavec - tato část je ukotvěná a umístěna na povrchu země a je pevně spojena šrouby s nosným hřídelem. Má kruhovitý tvar a na její horní části jsou ložisky pohyblivě připevněné rotující zřezané kužele aby otáčením umožnili lehké otáčení otočného krytu tak aby se rotor a otočný kryt větrné turbíny mohli otáčet okolo vertikální osi nosného hřídele. Současně nese hmotnost rotoru a všech části otočného krytu.

Rotor - účelem téhle rotující pohyblivé části otočně připevněné ložisky na nosný hřídel, podstavec a otočný kryt je přeměnit kinetickú energii a tlak větru na použitelný výkon. Skládá se ze čtyř listů rotoru a dutého hřídele rotoru.

.) Listy rotoru - proměňují kinetickou energii a tlak větru na použitelný výkon. Jsou rozebíratelně připojené k dutému hřídeli rotoru. Speciální spoj s tvarovanými kovovými vložkami, kotvící tyčí na dutém hřídeli rotoru a spojovacím kroužkem umožňuje velikou pevnost v tahu a tlaku, spevňuje trojúhelníkové profily listů rotoru vzhledem na os rotace rotoru zlepšuje úhel pod kterým tlačí vzduch na plochu listů rotoru. Trojúhelníkový tvar nosních profilů na horní

- 5a dolní hraně listů rotoru zlepšuje odolnost proti namáhání ohybem, odstředivou silou a přenos získaného výkonu na dutý hřídel rotoru. Tvar nosných trojúhelníkových profilů upravuje úhel plochy listů rotoru, kvůli lepšímu využití tlaku vzduchu na listy rotoru a taky vytlačuje vzduch na vnější svislou hranu rotoru současně s odstředivou silou. Účelem je správně nasměrovat vzduch přecházející rotorem do výstupního otvoru otočného krytu s minimálním vířením.

.) Dutý hřídel rotora - přenáší získaný výkon z listů rotoru na ozubené, resp. třmenové kolo upevněné na spodní straně dutého hřídele a umožňuje velice jednoduché připojení jiného zařízení, zvyšuje toleranci rotoru proti zaseknutí a toleranci ohýbání nosného hřídele při otřesech a vysokých otáčkách. Ozubené kolo, anebo kolo na umístění třmenu je pevně připojeno na dutý hřídel rotoru a je umístěné na spodní straně dutého hřídlele rotoru, odkud je výkon přenášený řetězem resp. třmenem na jiné zařízení používající získaný výkon. Vhodnými zařízeními jsou kompresor a čerpadlo na čerpání vody, anebo jiné kapaliny. Kvůli proměnlivým otáčkám rotoru, velikým strátám energie při synchronizaci frekvence a fáz elektrického proudu v rozvodní síti je zařízení na přímou výrobu elektřiny nevhodné.

Otoční kryt - tato pohyblivá konstrukční část větrní turbíny pozůstává z následujících dílů: 5.) Válcovitý obal s výstupním otvorem - na tuto část se připevňují všechny ostatní části otočního krytu a otáčí se celá kolem nosného hřídele tak, aby byla vždy otočená vstupním otvorem proti směru větru. Vstupní vzduchový otvor je odbdélníkového tvaru a je spevněný svislými tyčovými vzpěrami, které zabraňují jeho deformacím kvůli tlaku vzduchu a slouží jako bezpečnostní klec pro křídla vstupního otvoru. Na pravé a levé svislé hraně jsou umístněny panty křídel vstupního otvoru. Na horní a dolní hraně vstupního otvoru jsou vodorovně připevněny rovné ocelové plochy s tvarovanou náběhovou hranou. Usměrňují zachycený vítr do rotoru spolu s křídly vstupního otvoru. Jejich náběhová hrana je tvarována jako zarážka pro krajní výkyvní polohy křídel vstupního otvoru. Zakrývají horní a dolní část vstupní otvoru, rotoru a výstupního otvoru. Jsou nosním konstrukčním prvkem pro hřídele pantů křídel, čepy šroubovic, pneumatický řídící systém, zarážky a otoční hřídele vstupních směrovacích lamel a dutého hřídele rotoru. Mezera mezi křídly vstupního otvoru a vodorovními plochami musí být minimální (ne víc jako jeden milimetr) aby se zabránilo unikání zachyceného větru. Dolní, kruhová, vodomí ocelová plocha je spevněná a vytvarována tak aby nesla hmotnost všech částí otočného krytu a zároveň se mohla volně otáčet kolem nosního hřídele na rotujících kuželech a válcích kruhového podstavce. Výstupní otvor je vytvarován tak aby vevnitř kladl minimální odpor vycházejícímu vzduchu a součastně vytvářel podtlak. Účelem svislého trojúhelníkového záhybu se zakulaceným koncem je odstranění silného víření ve výstupním otvoru a rozděluje vzduch, který odchází výstupním otvorem a jeho zbytek se vrací zpátky do prostoru. Tzv. sací efekt je vytvořen tím, že výstupní otvor je na konci vpravo a vlevo rozšířený, čím vytváří podtlak, tj. tlak a rychlost vzduchuje na vnitřní straně výstupního otvoru je menší jako na jeho vnější straně. Tenhle princip je známý a všeobecné užívaný u křídel na letadlech na vytvoření dynamického zdvihu. U větrné turbíny zvyšuje její výkon tím, že prudce zvýši objem proudícího vzduchu vevnitř výstupního otvoru a součastně sníží jeho tlak v porovnání s vnější stranou výstupního otvoru. Vyšší rychlost proudění větru na vnější straně výstupního otvoru strhává pomaleji proudící vzduch ve vnitřní části výstupního otvoru a tím vytváří podtlak, který zvyšuje výkon větrné turbíny a vytváří tzv. sací efekt.

. Křídla vstupního otvoru - účelem těchto dvou výkyvných části je regulace množství zachyceného proudícího vzduchu a jeho nasměrování do vstupního otvoru. Jsou svisle a výkyvné upevněny na svislých hranách vstupního otvoru otočného krytu a při veliké rychlosti větru, který by mohl spůsobit poškození větrné turbíny se částečně uzavírají, podle zarážek na horní a dolní vodorovné náběhové hraně. Mezera mezi křídly vstupního otvoru, horní a dolní vodorovní, vnitrní plochou vstupního otvoru je pohyblivé utěsněna vodorovními válci kvůli volnému pohybu křídel vstupního otvoru při otevírání a zavírání. Záhyb na pravém křídle usměrní vítr za lamely vstupního otvoru. Tímto se mění směr vzduchu za lamelami tak aby tlačil na listy rotoru ve směru jeho rotace, zlepšil účinnost a upravil vektor tlaku na listy rotoru.

.) Směrovací lamely - jejich účelem je usměrnit vzduch přecházející vstupním otvorem tak, aby tlačil na listy rotoru ve směru jeho rotace a tímto spůsobem zvýšil účinnost využití kinetické energie proudícího vzduchu. Při pohledu zepředu zakrývají přibližně polovinu vstupního otvoru a brání proudem vzduchu proti směru rotace rotoru. Svislými hřídeli jsou otočně připojené na pružinový tlumič lamel. Účelem jejich otočného připojení je tlumení silných nárazů větru a ochrana proti vysokým otáčkám a roztržení rotoru. Při vysoké rychlosti větru se otočí o 100 stupňů a nasměrují proud vzduchu na listy rotoru tak aby začal brzdit. Po snížení otáček a rychlosti vzduchu přecházejících rotorem se prostřednictvím pružiny v pružinovém tlumiči překlopí do původní polohy.

.) Pružinový tlumič a dorazy lamel - se nacházejí na horné vodorovní ploše a vnitřní straně horní a dolní vodorovní ploše vstupního otovoru. Jejich účelem je měnit úhel lamel na principu dynamického tlaku větru na lamely. Vyšší tlak při vyšších rychlostech a průtoku vzduchu otáčí lamely tak aby vzduch proudil pod úhlem blížícím se ke 90-ti stupňům vzhledem na plochu listů rotoru. Součastně tlumí nárazy větru a využívají jejich energii na zvýšení výkonu zařízení. Při tlaku větru na lamely se síla přenáší z otočních hřídelů lamel, přes hřebenovku na pružinový píst. Lamely mají umístněné otočné hřídele v jedné třetině jejich šířky od vnitřní strany aby jejich rozdílný tlak na obě strany otáčel a tím tlumil nárazy větru a zároveň vítr správně směroval na rotor. Pružinový píst tlumí tlak a nárazy větru na lamely. Dorazy (tj. hrany na horní a dolní vodorovní ploše vstupního otvoru) zabraňují otočení lamel do prostoru rotace listů rotoru, co by mělo za následek zlomem lamel a poškození listů rotoru. Pružinový tlumič a dorazy lamel zároveň slouží jako ochrana rotoru větrné turbíny proti překročení bezpečných otáček rotoru a jako aerodynamická brzda. Při překročení bezpeční rychlosti a tlaku větru proudícího přes lamely daného maximálními otáčkami rotoru a nastavením rotoru, tím sníží rychlost jeho otáčení a tím zabrání roztržení resp. poškození rotoru odstředivou silou.

.) Šroubovice — účelem šroubovic je plynule a dostatečně velikou silou zavírat a otevírat křídla vstupního otvoru. Při veliké rychlosti větru vzniká silný tlak na křídla vstupního otvoru. Proto je nutné křídla vstupního otvoru nastavit do polohy rovnoběžné se směrem větru, aby se snížil průtok vzduchu přes rotor a snížil se odpor vzduchu křídel vstupního otvoru a celé větrné turbíny. Taková poloha má několik výhod. Větrná turbína může fungovat i při vysokých rychlostech větru, protože se sníží průtok vzduchu rotorem na jednu třetinu. Přední tlak a odpor vzduchu otočního krytu se sníží na minimum aby se zabránilo převrácení větrné turbíny, ohnutí resp. zlomení nosného hřídele a poškození rotoru.

.) Šroubovicové čepy - přenáší tlak a tah na šroubovice při otevíraní a zavírání křídel vstupního otvoru. Vnější šroubovicové čepy jsou otočně připevněné přes kluzná ložiska a svislé tažné tyče ke křídlům vstupního otvoru na horní a dolní straně. Vnitřní jsou připevněné na šroubovice pro zavíraní křídel vstupního otvoru při silném větru a jejich otevírání pří slabém větru. Šrouby jsou připojené přes řetězový převod, na malý rotor s hřídelem hnaným stlačeným vzduchem, který přes řetězový převod otáčí šroubovicovou matici. Takovým konstrukčním řešením je možné přenášet na šroubovice tah resp. tlak v obou směrech plynule a dostatečně velikou silou potřebnou při vysokých rychlostech větru kvůli velikému tlaku na křídla vstupního otvoru.

.) Pneumatické regulační zařízení - je hlavní řídící a kontrolní jednotka větrné turbíny. Její účelem je podle rychlosti větru meřené anemometrem na její horní straně při slabém větru otevírat a při silném větru zavírat křídla vstupního otvoru. Při kritické rychlosti větru toto zařízení začne vypouštět stlačený vzduch ze zásobníku stlačeného vzduchu přes hadice do vnitrních závitovkových čepů a tím zavírat a otevírat křídla vstupního otvoru. Jeho součástí je kompresor poháněný třmenem. Třmen přenáší výkon z přítlačné spojky na kompresor uvnitř zařízení.

.) Zásobník zhuštěného vzduchu - uchovává zhuštěný vzduch pro potřeby pneumatického regulačního zařízení.

.) Třecí spojka - Její dolní kotouč je posuvně připojen drážkami na dutém hřídeli rotoru. Dolní kotouč se posuvně pohybuje po svislé osi rotace nahoru, dolů a rotuje s dutým hřídelem rotoru. Uvádí do chodu pružinou stlačenými vzduchovými písty. Při poklesu tlaku v zásobníku zhuštěného vzduchu, vzduchové písty uvolní pružinu, která přitlačí kotouče spojky k sobě a třmenový převod spustí kompresor pneumatického regulačního zařízení.

.) Směrové křídlo - účelem této svislé části pevně připojené na horní vodorovní ploše výstupního otvoru je udržování otočného krytu v správném směru, vstupním otvorem kolmo proti větru.

Přehled obrázků na výkresech

Na obr. 1. - je znázorněn průřez nárysu nosného hřídele a kruhového podstavce.

Na obr. 2. - je znázorněn půdorys nosného hřídele a kruhového podstavce.

Na obr. 3. - je znázorněn půdorys rotoru.

Na obr. 4. - je znázorněn nárys rotoru zboku v průřezu.

Na obr. 5. - je znázorněn průřez půdorysu otočného krytu s rotorem. Vevnitř křídel vstupního otvoru jsou schématicky vyznačené vnitřní vzpěry. Mezi křídly vstupního otvoru sú v průřezu znázorněné směrovací lamely vstupního otvoru. Ve středu je půdorys rotoru v řezu s detailem upevnění listů rotoru na dutý hřídel rotoru.

Na obr. 6. - je znázorněn otočný kryt při nárysu zepředu.

Na obr. 7. - je znázorněn půdorys otočného krytu. Obrázek je otočen vstupním otvorem dolů a výstupním otvorem dolů.

Na obr. 8. - je znázorněn otočný kryt při pohledu zdola. Obrázek je otočen vstupním otvorem dolů a výstupním otvorem nahoru.

Na obr. 9. - je znázorněn otočný kryt při pohledu zboku.

Příklady uskutečnění

Větrná turbína používá kinetickou energii větra tak jako všechny ostatní typy větrných turbín a větrných rotorů. Pozůstává z několika konstrukčních prvku a hlavních dílu. Nosní hřídel 1 ukotvený pod povrchem země má za účel zabránit převrácení celého zařízení pod tlakem větru, t.j. slouží jako kotvící sloup a součastně jako hřídel kolem kterého se otáčí rotor a otoční kryt. Hřídele jsou velice dobře známé z automobilů a sloupy zapuštěné pod povrchem země jsou velice dobře známé u mrakodrapů, kde zabezpečují stabilitu budovy proti převrácení při silném větru. Kruhový podstavec 2 je kovový odlitek, který nese hmotnost rotoru a otočního krytu tak aby se mohli volně otáčet kolem svislé osi přecházející středem nosního hřídele 1. Na jeho spodní straně jsou dutiny a otvory kvůli prostoru pro třmeny resp. řetězy na přenášení získaného výkonu a taky kvůli šetření možství potřebného kovu. Mnoho strojů a staveb jako např. sochy používají podstavce za účelem spevnění jejich pozice a správného rozložení jejich hmotnosti na povrch, na kterém jsou umístěny. Rotor pozůstává z listů rotoru 3 a dutého hřídele rotoru 4. Listy rotoru 3 mají trojúhelníkové profily navržené tak aby se dal na jejich šikmé hraně připevnit plochý pás zachytávající tlak vzduchu procházejícího prostorem rotoru. Trojúhelníkové listy rotoru 3 a dutého hřídele rotoru 4. Listy rotoru 3 mají trojúhelníkové profily přecházející prostorem rotoru. Trojúhelníkové listy rotoru 3 jsou zasunuté do dutého hřídele rotoru 4 tak aby sa zabránilo jejich vytrhnutí ohýbáním a odstředivou silou. Plochý pás materiálu na listech rotoru 3 je z vnitřní strany podepřený šikmými plochými vzpěrami spojenými s dutým hřídelem rotoru 4 a profilem obdélníkového průřezu na vnější hraně listů rotoru 3. Speciální spoj z kovovým kroužkem, vložkami a kotvícími tyčemi na dutém hřídleli rotoru 4 umožňují jednoduché a zároveň pevné spojem listů rotoru 3 s dutým hřídelem rotoru 4. Pokud je mi známo tenhle typ spoje je celkem nový i když kovové kroužky se podobným spůsobem používají na válečkových a kuličkových ložiscích. Tento typ pevného spojení listů rotoru 3 a dutého hřídele rotoru 4 je částečně podobný s připojením listů na hřídel u tryskových motorů a jiných typů c~ plynových turbín. Válcovitý obal s výstupním otvorem 5 je nej důležitější částí větrné turbíny, protože spolu s ostatními částmi na ní připevněných směruje vítr na rotor čím zachytává energii větru, směřuje vítr přes rotor do výstupního otvoru a odděluje pracovní prostor rotoru od okolitého prostředí. Její účel je stejný jako u horizontálních rotorů s plášťovým obalem. Na válcovitém obalu s výstupním otvorem 5 jsou na výstupním otvoru svisle a výkyvné připevněna křídla vstupního otvoru 6. Jejich účelem je regulovat množství vzduchu přecházejícího rotorem tak aby byli při slabém větru otevřené, tj. zachytili maximální objem vzduchu a při překročení kritické rychlosti větru se překlopí do polohy při které jsou rovnoběžně ze směrem větru. Hlavním důvodem je snížení předního tlaku na větrnou turbínu při silném větru aby se zabránilo jejímu převrácení, anebo poškození rotoru. Druhým důvodem je možnost fungování větrné turbíny i pří vysokých rychlostech větru v rozsahu povolených otáček rotoru resp. snížení výkonu kvůli pevnosti rotoru dané jeho konstrukční pevností a odstředivou silou. Princip fúngování křídel vstupního otvoru 6 je velice dobře známý u všech typů dveří, t.j. jsou umístěny výkyvné na pantech v rozsahu otočení 45 stupňů. Směrovací lamely 7 jsou umístěny výkyvné na pantech v rozsahu otočení 45 stupňů. Směrovací lamely 7 jsou umístěny ve vstupním otvoru mezi křídly vstupního otvoru 6 a jsou otočně připevněny tyčemi na horní a dolní vodorovní ploše válcovitého obalu s výstupním otvorem 5. Účelem směrovacích lamel 7 je nasměrovat vzduch ve směru rotace rotoru, tlumit nárazy větru, využít jejich energii a zároveň pomocí překlopení o úhel 100 stupňů přibrzdit rotor a zabránit překročení jeho maximálních bezpečných otáček a tím jeho poškození, pokřivení resp. roztržení odstředivou silou. Pevné lamely jsou velice dobře známé z ventilačních systémů. Na těchto zařízeních jsou lamely pevně umístěny na rotorech, které vhání vzduch do ventilačních systémů. Směrovací lamely 7 nesmí zasahovat do pracovního prostoru rotoru aby se zabránilo srážce lamel s rotorem, čemu brání pružinový tlumič a dorazy lamel 8. Pružinový tlumič a dorazy lamel 8 pozůstávají z dorazů na horní a dolní vodorovní hraně vstupního otvoru, dorazů lamel pružinového tlumiče. Pružinový tlumič, hřebenovka a dorazy hřebenovky jsou umístěny na horní vodorovní ploše válcovitého obalu s výstupním otvorem 5. Pohlcují tlak větru působící na lamely, tlumí nárazy větru na lamely a zároveň mají za účel ochranu větrné turbíny proti překročení otáček rotoru v případě selháni pneumatického regulačního zařízení 11. Při překlopení lamel se vzduch nasměruje proti směru rotace rotoru, čím se sníží jeho otáčky pod nebezpečnou hodnotu a zabrání se tím poškození rotoru větrné turbíny odstředivou silou. Šroubovice 9 a šroubovicové čepy 10 přenášejí sílu stlačeného vzduchu při otevírání a zavírání křídel vstupního otvoru 6. Při veliké rychlosti větru působí na křídla vstupního otvoru 6 silný tlak z vnitřní strany vstupního otvoru. Šroubovice 9 a šroubovicové čepy 10 umožňují vyvinout dostatečně veliký tah a plynule bez nárazů do ostatních částí větrné turbíny a zavření vstupního otvoru 6. Zároveň se tím sníží přední tlak větru na celou větrnou turbínu aby se zabránilo jejímu převrácení a překročení bezpečných otáček rotoru. Šroubovice 9 jsou velice dobře známé při přepravě sypkých materiálů, i když při tomhle způsobu použití je vhodnější přirovnání se šroubem a maticí. Šrouby a matice jako rozebíratelné spojovací prvky jsou velice dobře známé a často používány. Šrouby a matice stejně jako šroubovice 9 a šroubovicové čepy 10 dokážou vyvinout velikou tahovou sílu a plynulý pohyb. U šroubovicových čepů 10 bylo nutné použít řetězový převod, protože tlak křídel vstupního otvoru 6 je velice silný a tření závitů vytváří veliký odpor proti otáčení šroubovic v šroubouvicových čepech 10. Pneumatické regulační zařízení 11 na principu anemometru a otáčkoměru reguluje otáčky rotoru přes šroubovicové čepy 10 a současně stlačuje vzduch kompresorem do zásobníku zhuštěného vzduchu 12. Anemometr je připojený na otáčkoměr seřízený tak aby při kritické rychlosti větru otevřel vzduchový ventil a vypustil zhuštěný vzduch ze zásobníku zhuštěného vzduchu 12 přes tlakové hadice do šroubovicových čepů a tím přes šroubovice 9 uzavřel křídla vstupního otvoru 6 aby se snížil průtok vzduchu a otáčky rotoru. Kompresor jako součást pneumatického regulačního zařízení 11 je poháněný třecí spojkou 13.1 když těžko určit s jakým regulačním zařízením je pneumatické regulační zařízení 11 podobné, všechny jeho součásti: anemometr, otáčkoměr, kompresor a ventily jsou dobře známé a běžně používané zařízení v meteorologických stanicích a různých odvětvích průmyslu. Zásobník 12 stlačeného vzduchuje tlakovou hadicí připojený na kompresor v pneumatickém regulačním zařízení 11 a druhá tlaková hadice je připojená na vzduchový píst ve třecí spojce 13. Třecí spojka 13 obsahuje vzduchové písty, které stlačují pružiny a tím oddělují její kotouče od sebe. Při uvedení pneumatického regulačního zařízení 11 do činnosti klesne tlak v zásobníku stlačeného vzduchu J2 a tím se uvolní přítlačné pružiny ve třecí spojce T3. Po spojení kotoučů se začne odebírat výkon s rotoru na pohon kompresoru. Takové řešení má tři výhody. Přítlačná spojka 13 při vysokých otáčkách rotoru začne fimgovat jako brzda rotoru, tlumí nárazy pří rozbíhání kompresoru a současně začne pohánět kompresor na zhušťování vzduchu pro fungování pneumatického regulačního zařízení 1L Spojky jsou nejčastěji používány u motocyklů a osobních automobilů, přenášejí výkon z motoru do převodovky, vyrovnávají rozdílné otáčky a zároveň tlumí nárazy a namáhání hřídelů motoru a převodovky při řazení rychlostních stupňů. Směrové křídlo 14 je umístěné na horní vodorovní ploše výstupního otvoru. Jeho účel je udržovat válcovitý obal s výstupním otvorem 5 otočený vstupním otvorem proti větru. Směrové křídlo 14 má stejný účel jako směrové křídlo u letadel, t.j. udržuje válcovitý obal s výstupním otvorem 5 otočen vstupním otvorem proti větru. Směrové křídlo 14 funguje na jednoduchém principu tvaru a odporu větru. Při změně směru větru se zvýší odpor vzduchu směrového křídla společně s výstupním otvorem a tlak větru otočí válcovitý obal s výstupním otvorem 5 vstupním otvorem proti větru, co je nutná podmínka pro správné fungování rotoru a celé větrné turbíny.

Průmyslová využitelnost

Větrná turbína je vhodná na aplikovaní větrné energie v zemědělství, energetice, průmyslu a námořní lodní dopravě. V průmyslu je velice vhodná na akumulaci energie do zásobníků zhuštěného vzduchu a tím umožňuje šetřit elektrickou energii používanou na pohon kompresorů. Je taky vhodná na pohánění stacionárních pístových motorů zhuštěným vzduchem, ale pod podmínkou, že tyto pístové motory budou upraveny na tento účel. Větrná turbína může zvýšit výkon vodních elektráren tím, že bude pohánět čerpadla přečerpávající vodu pod hrází zpátky do vodní nádrže a tak měnit větrní energii na polohovou energii vody ve vodní nádrži. Velice prespektivní spůsob použití větrné turbíny je snižování spotřeby paliva u námořních lodí přenášením výkonu větrných turbín do kroutícího momentu hřídelů lodních šroubů. Přenos výkonu větrné turbíny je možné udělat cyklickým přečerpáváním hydraulické kapaliny do hydrodynamické spojky, anebo turbíny vhodné pro kapaliny. Výkon se může přenášet přímým namontováním takové hydrodynamické spojky resp. kapalinové turbíny na hřídele lodních šroubů a regulovat rozvodními potrubími a ventily. Přímá výroba elektřiny může být velice problematická, protože je nutné přidat generátor a elektronické zařízení na synchronizaci frekvence a fáz střídavého elektrického proudu s rozvodní elektrickou sítí co by mělo za následek zvýšení nákladů na zařízení a straty energie při synchronizaci s rozvodní elektrickou sítí. Nej vhodnějším spůsobem výroby a použití elektrického proudu je na osvětlení resp. jiné elektrické spotřebiče, které jsou dočasně oddělené od elektrické sítě a mají toleranci na změny frekvence a fáz elektrického proudu jako např. žárovky. Pro elektromotory, počítače a jiné elektrické spotřebiče vyžadující stabilní frekvenci a synchronizaci fáz je takový zdroj elektřiny nevhodný a velice problematický. Ačkoli by mohl být vhodný přímý mechanický pohon stacionárních pístových motorů, anebo malými vzduchovými rotory na stlačený vzduch kupříkladu na pohon čerpadel malých vodáren, anebo vývěv dojících zařízení pro zemědělské farmy. Kvůli proměnlivosti větraje tento typ větrné turbíny vhodnější pro zařízení s přerušovaným provozem, protože to umožní dostatek času na akumulaci energie stlačeného vzduchu do zásobníků stlačeného vzduchu. Akumulace energie ve formě elektřiny do baterií je velice nevhodný spůsob, protože by byl velice složitý a drahý. Akumulování enrgie stlačeným vzduchem je taky velice ekologické, protože nevyžaduje žádné jedovaté a žíravé chemikálie jako elektrochemické baterie. Další vhodný spůsobem použití stlačeného vzduchuje na přepravu

sypkých materiálů jako například obiloviny, anebo cement. Stlačený vzduch je použitelný i na čištění obilí stlačeným vzduchem od plev a jiných rostlinných příměsí, pohon ventilátorů a doplňkový zdroj energie pro mlýny obilí na různé účely v závislosti od typu používaných zařízení, které dokážou využít energii stlačeného vzduchu. Dopravní podniky z věčším počtem vozidel by mohli takové zařízení používat na huštění pneumatik, resp. kompresi vzduchu do brzdových systémů přívěsů a návěsů před jízdou bez spotřeby nafty, čím by mohli ušetřit výdaje za naftu.

Claims (10)

PATENTOVÉ NÁROKY

1 .Větrná turbína je zařízení s vertikálním listovým rotorem používající větrnou energii vyznačující se tím, že pozůstává z pevně umístěného nosného hřídele (1), pevně umístěného kruhového podstavce (2), dutého hřídele rotoru (4) so štyřmi listy rotora (3) pohyblivo připojeného ložiskami k nosnému hřídeli (1), válcovitého obalu s výstupním otvorem (5) otočné připevněného k nosnímu hřídeli (1) a kruhovému podstavci (2), výkyvné připojenými křídly vstupního otvoru (6), otočně připojenými směrovacími lamelami (7) vo vstupním otvoru, výkyvné připojeným pružinovým tlumičem a pevne připojenými dorazy lamel (8), výkyvné připojeným pružinovým tlumičem a pevně připojenými dorazy lamel (8), výkyvné připojenými šroubovicemi (9) a šroubovicovímy čepy (10) na horní a dolní vodorovní ploše vstupního otvoru válcovitého obalu s výstupním otvorem (5) a pevně připojeným pneumatickým regulačním zařízením (11), zásobníkem zhuštěného vzduchu (12), třecí spojkou (13) a směrovým křídlem (14) na horní ploše válcovitého obalu s výstupným otvorom (5).

2 . Větrná turbína podle nároku 1, vyznačující se tím, že nosný hřídel (1) pevně ukotven pod povrchem země a přišroubovaný na střed kruhového podstavce (2) přechází osou rotace dutého hřídele rotoru (4) otočně připojeného ložisky a válcovitého obalu s výstupním otvorem (5), otočně připojeného kuželi kruhového podstavce (2).

3 .Větrná turbína podle nároku 1, vyznačující se tím, že na kuželích kruhového podstavce (2) je otočně umístěný válcovitý obal s výstupním otvorem (5) včetně částí k němu připojených.

4 .Větmá turbína podle nároku 1, vyznačující se tím, že dutý hřídel rotoru (4) je pevně připojený na listy rotoru (3) speciálním spojem bez šroubů pomocí spojovacích kroužků, tvarovaných kovových vložek ve vnitřní části trojúhelníkových profilů listů rotoru (3), kovových vložek v otvorech dutého hřídele rotoru (4), kotvících tyčí jako součástí dutého hřídele rotoru (4) a tvarovaných trojúhelníkových profilů listů rotoru (3) zasunutých do otvorů dutého hřídele rotoru (4).

5 .Větrná turbína podle nároku 1, vyznačující se tím, že listy rotoru (3), jsou skonstruované s trojúhelníkových profilů na horní a dolní straně se dvěma šikmými vnitřními vzpěrami a jednou vodorovní vzpěrou a plochým lehkým plátem materiálu umístěným na šikmé hraně trojúhelníkových profilů a vnitřních vzpěrách.

6 .Větrná turbína podle nároku 1, vyznačující se tím, že konstrukce válcovitého obalu s výstupním otvorem (5) je navržená na vy kyvní upevnění křídel vstupního otvoru (6) zvislými panty umístěnými při vnitřních hranách vstupního otvoru, je spevněná svislými tyčemi okolo vstupního otvoru a prostoru pohybu křídel vstupního otvoru (6) a obsahuje rám z ocelových profilov rozmístěný ve všech částech válcovitého obalu s výstupním otvorem (5) a směrové křídlo (14) svisle připevněno na horní vodorovní ploše vstupního otvoru.

7 .Větrná turbína podle nároku 1, vyznačující se tím, že směrovací lamely (7) jsou výkyvné připevněny na horní a dolní ploše válcovitého obalu s výstupním otvorem (5) výkyvné připevněny na hřebenovku pružinového tlumiče a dorazů lamel (8) a jejich úhel otočení je vymezen dorazy na dolní a horní hraně vstupního otvoru mimo prostoru rotace rotoru a dorazy hřebenovky pružinového tlumiče a dorazů lamel (8).

8 .Větmá turbína podle nároku 1, vyznačující se tím, že šroubovice (9) jsou výkyvné připojeny na vňejší šroubovicové čepy (10) a pohyblivě, otočnými maticemi připojeny na vnitřních šroubovicových čepech (10) na horní a dolní vodorovní ploše vstupního otvoru válcovitého obalu s výstupním otvorem (5), zároveň jsou připojeny na svislé tyče křídel vstupního otvoru (6) a vnitřní šroubovicové čepy (10) s řetězovým převodom jsou připojeny přes tlakové hadice s pneumatickým regulačním zařízením (11).

9 .Větrná turbína podle nároku 1, vyznačující se tím, že pneumatické regulační zařízení (11) umístěno na horní vodorovní ploše válcovitého obalu s výstupním otvorem (5) obsahuje anemometr, jeho kompresor je třmenem připojen ke třecí spojce (13), hadicí k zásobníku zhuštěného vzduchu (12) a tlakové pneumatické hadice spojující pneumatické regulační zařízení (11) s vnitřními šroubovicovými čepy (10).

10 .Větrná turbína podle nároku 1, vyznačující se tím, že třecí spojka (13) má pružiny a vzduchové písty připojeny tlakovou pneumatickou hadicí na zásobník zhuštěného vzduchu (12).