CZ28023U1 - Větrný motor - Google Patents

Description

Oblast techniky

Technické řešení se týká větrného motoru se svislou osou otáčení rotoru.

Dosavadní stav techniky

V současné době jsou využívány dva typy větrných motorů a to se svislou osou rotace a vodorovnou osou rotace. V současné době jsou v praxi využívány převážně větrné motory s vodorovnou osou otáčení na níž jsou uloženy vrtulové listy. Tento typ větrných motorů je zpravidla opatřen natáčivými vrtulovými listy podle síly větru a prostředky pro natáčení osy otáčení listu proti směru větru.

Tento typ větrných motorů vyžaduje, aby natáčivé listy vrtule mohly být co nejdelší a vyžadují vysoké stožáry, které musí být dostatečně pevné, aby odolaly extrémním náporům větru. Nevýhodou větrných motorů s vodorovnou osou otáčení vrtule jsou různá omezení, vyplývající z užšího pásma využití rychlosti větrů, zpravidla nepříjemný hluk při provozu. V obydlených místech s možností vzniku námrazy hrozí nebezpečí zraném od kusů ledu odletujících z povrchu vrtule při jejím otáčení. Z hlediska konstrukce jsou větrné motory s vodorovnou osou otáčení vrtule konstrukčně náročné, přičemž náklady s ohledem na požadovanou pevnost konstrukce poměrně vysoké.

Určitá konstrukční zjednodušení a možnost využití rychlosti větrů ve větším rozsahu rychlosti přináší větrné motory se svislou osou otáčení. Základní výhodou oproti větrným motorům s vodorovnou osou otáčení je, že jsou schopny pracovat při libovolném směru větru bez nutnosti jejich natáčení v poměrně širokém pásmu rychlosti větrů. Známých řešení větrných motorů je celá řada. Například je známé řešení větrného motoru podle CZ PV 1992-2983 s lopatkami uspořádanými pootočitelně na společném nosiči otočně uloženém na stojanu. Lopatky jsou vůči sobě pootočené a každá z lopatek je opatřena ovládacím ramenem, které je spojeno s řízeným ramenem, uloženým otočně na společném nosiči. Nevýhodou tohoto větrného motoru je značná složitost a dosahovaná účinnost se jeví nedostatečná. Jiné řešení s výkyvnými lopatkami je známé ze spisu CZ PV 1993-2166, u něhož výkyvné lopatky rotují kolem svislé osy a v pracovní poloze se opírají o zarážky zabudované do vertikálních polokruhových plášťů. Větrný motor se jeví složitý a jeho výkon není tomu přiměřený.

Je rovněž známo řešení podle CZ PV 2004-281, podle kterého větrný motor zahrnuje vertikální hřídel, se kterým jsou spojeny alespoň dvě šroubovité, v příčném řezu obloukovité lopatky. Každá lopatka se skládá z vodorovně uspořádaných pásů, jejichž větší strany se překrývají a menší strany jsou pevně uloženy na bočních tvořících křivkách, spojených se svislým hřídelem pomocí patrovitě uspořádaných radiálních příček aerodynamického profilu. Podle varianty řešení je podél každé lopatky na centrální linii upevněn detektor. U tohoto řešení je dosaženo rovnoměrného rozdělení větrného zatížení zejména při extrémních větrných zatíženích.

Podstata technického řešení

Úkolem technického řešení je vytvořit větrný motor s vertikální osou rotoru, který bude účinný již od 0,5 m/s rychlosti větru se snadno vyměnitelnými konstrukčními prvky, který může fungovat bez dodatečných zařízení při různých rychlostech a změnách směru větru.

Toho se dosáhne větrným motorem s vertikální osou otáčení rotoru, jehož podstata spočívá zejména v tom, že rotor je kuželovitého tvaru s listy vyhnutými do evolvent a uloženými podélně na hřídeli rotoru evolventně na nosném kotouči upevněném na dolním konci hřídele rotoru, přičemž listy se svažují od horního konce hřídele rotoru směrem k okraji nosného kotouče. Taková geometrie vytváří efektivní zónu zachycení větru i při otáčení rotoru, což umožňuje vznik toči

-1 CZ 28023 U1 vého vírového průtoku, který vytváří podtlak po spirále kolem osy otáčení, což přináší snížení pracovního zatížení na základní uzly větrného motoru a zvýšení otáčivé síly.

S ohledem na usnadnění montáže listů a jejich přesnější uložení je výhodné, když na hřídeli rotoru jsou upraveny podélné drážky a na kotouči evolventní drážky pro uložení rotorových listů a jejich upevnění.

S ohledem na dostatečnou pevnost při jednoduché konstrukci se jeví účelné, když hřídel rotoru je uložen otočně v horním a spodním ložisku na rámu obsahujícím alespoň tři ramena, která od vrcholu rámů, na němž je uspořádáno horní ložisko, jsou šikmo skloněna podél rotoru k nosnému kotouči, přičemž pod nosným kotoučem je na příčných nosnících uloženo spodní ložisko, jimž prochází hřídel rotoru, který je pod spodním ložiskem kinematicky spojený s poháněným spotřebičem.

S ohledem na upevnění větrného motoru je výhodné, když součástí rámu jsou upevňovací nohy.

S ohledem na účinnost je výhodné, když listy jsou z vnitřní strany zdrsněné.

Je výhodné, když nosný kotouč jez plastu a je opatřen podpěrnou výztuhou.

Obrázky na výkresech

Technické řešení bude blíže objasněno s použitím výkresů, na kterých je na obr. 1 axonometrický pohled na větrný motor, obr. 2 schematický svislý řez osou větrného motoru, obr. 3 schematický pohled shora na nosný kotouč s evolventně uspořádaným místy uložení listů a obr. 4 list v rozvinutém tvaru.

Popis příkladného uskutečnění

Jak je patrno z obr. 1 větrný motor sestává z rotoru 1 jehož hřídel 2 je otočně uložen na rámu 4 ve svislé poloze. Rotor 1 je kuželovitého tvaru vytvořeného z listů 5 svinutých do evolvent kolem hřídele 2 rotoru 1 a svažujícími se směrem k okraji nosného kotouče 3. V rozvinutém tvaru jsou listy 5 v podobě pravoúhlého lichoběžníku viz obr. 4, jehož jedno rameno 51 je u listu 5 podélně spojeno s hřídelem 2, který je případně opatřen podélnými drážkami 21 pro přesnější uložení listů 5. Základna 52 svinutá do evolventy viz obr. 3, je uložena na nosném kotouči 3 upevněné na hřídeli 2 nad spodním ložiskem 6.

Rám 4 větrného motoru sestává alespoň ze tří, v příkladném provedení čtyř ramen 7, které jsou od vrcholu 41 rámu 4, kde je uloženo horní ložisko 8 hřídele 2, šikmo skloněné podél listů 5 rotoru 1 k dolní části 42 rámu 4. V dolní části 42 rámu 4 je pod nosným kotoučem 3 uspořádáno na nosnících 9 spodní ložisko 6 hřídele 2, který svým koncem 21 prochází spodním ložiskem 6.

S dolní částí 6 rámu 4 jsou s rámem 4 spojené upevňovací nohy 71 například trojúhelníkového tvaru pro uložení na neznázoměném nosiči větrného motoru. Pro hromadnou výrobu je vhodné použít pro nosný kotouč 3 plast, nebo laminát a nosný kotouč 3 opatřit podpěrnou výztuhou 10 s drážkami 3L

Na hřídeli 2 pod spodním ložiskem 6 jsou uspořádány prostředky spojující pohybově hřídel 2 s neznázoměným spotřebičem, kterým může být dynamo, alternátor pumpa a podobně.

Pro zlepšení účinnosti jsou listy 5 z vnitřní strany zdrsněny. K zamezení přetížení spotřebiče je vhodná instalace spojky 11, která rozpojí kinematickou vazbu mezi hřídelem 2 a spotřebičem při kritickém překročení otáček rotoru 1 při rychlosti větru nad 50 m/s.

Popsaný větrný motor je schopen aktivní činnosti od rychlosti větru 0,5 m/s do cca 50 m/s, při níž již dojde ke zmíněnému rozpojení kinematické vazby mezi hřídelem 2 motoru a spotřebičem.

Claims (6)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Větrný motor se svislou osou otáčení rotoru a zakřivenými lopatkami rotoru, vyznačující se tím, že rotor (1) je kuželovitého tvaru s listy (5) vyhnutými do evolvent a uloženými podél hřídele (2) rotoru (1) evolventně na nosném kotouči (3) upevněném na hřídeli (2) rotoru (1), přičemž listy (5) se svažují od horního konce hřídele (2) směrem k okraji nosného kotouče (3).
2. 2. Větrný motor podle nároku 1, vyznačující se tím, že na hřídeli (2) rotoru (1) jsou upraveny podélné drážky (14) a na nosném kotouči (3) evolventní drážky (31) pro uložení listů (5) a jejich upevnění.
3. 3. Větrný motor podle nároku 1, vyznačující se tím, že hřídel (2) rotoru (1) je uložen otočně v horním ložisku (8) a spodním ložisku (6) na rámu (4) obsahujícím alespoň tři ramena (7), která od vrcholu (41) rámů (4), na němž je uspořádáno horní ložisko (8), jsou šikmo skloněna podél rotoru (1) k nosnému kotouči (3), přičemž pod nosným kotoučem (3) je na příčných nosnících (9) uloženo spodní ložisko (6), jimž prochází hřídel (2) rotoru (1), který je pod spodním ložiskem (6) kinematicky spojený s poháněným spotřebičem.
4. 4. Větrný motor podle nároku 1, vyznačující se tím, že součástí rámu (4) jsou upevňovací nohy (71).
5. 5. Větrný motor podle nároku 1, vyznačující se tím, že listy (5) jsou z vnitřní strany rotoru (1) zdrsněné.
6. 6. Větrný motor podle nároku 1, vyznačující se tím, že nosný kotouč (3) je z plastu a je opatřen podpěrnou výztuhou (10).