CZ297901B6

CZ297901B6 - Motor, vyuzívající pohybové energie plynu nebo kapaliny

Info

Publication number: CZ297901B6
Application number: CZ20033446A
Authority: CZ
Inventors: Matura@Ladislav
Priority date: 2003-12-16
Filing date: 2003-12-16
Publication date: 2007-04-25
Also published as: CZ20033446A3

Abstract

Na otocne upraveném hrídeli (2) jsou prostrednictvím nosných rámu ulozeny lopatky (4) s mozností odklopení okolo osy (7) umístené na vzdálenejsí strane od otocného hrídele (2). Podstata resení spocívá v tom, ze nosný rám je tvoren dvojicí ramen (3, 30) umístených pod sebou v podélném smeru otocnéhohrídele (2) a mezi temito rameny (3, 30) je pruchodne umístena lopatka (4), vykazující vydutý profil, jejíz strana privrácená k otocnému hrídeli (2) je v pracovní poloze ve styku se zarázkou (5), upevnenou na otocném hrídeli (2). Dvojice ramen (3, 30) s lopatkou (4) mohou být podél otocného hrídele(2) umísteny ve více výskových úrovních, to je pod sebou i nad sebou, pricemz dvojice ramen (3, 30)jsou v jednotlivých výskových úrovních vuci sobe úhlove posunuty pro dosazení rovnomerného chodu motoru. Zarázka (5) tvorí soucasne pojistku zabranující pretízení konstrukce motoru nebo muze tvorit regulátor otácek motoru tím, ze je umozneno volné protocení lopatky (4) mezi dvojicí ramen (3, 30).

Description

(57) Anotace:

Na otočně upraveném hřídeli (2) jsou prostřednictvím nosných rámů uloženy lopatky (4) s možností odklopení okolo osy (7) umístěné na vzdálenější straně od otočného hřídele (2). Podstata řešení spočívá v tom, že nosný rám je tvořen dvojicí ramen (3, 30) umístěných pod sebou v podélném směru otočného hřídele (2) a mezi těmito rameny (3, 30) je průchodně umístěna lopatka (4), vykazující vydutý profil, jejíž strana přivrácená k otočnému hřídeli (2) je v pracovní poloze ve styku se zarážkou (5), upevněnou na otočném hřídeli (2). Dvojice ramen (3, 30) s lopatkou (4) mohou být podél otočného hřídele (2) umístěny ve více výškových úrovních, to je pod sebou i nad sebou, přičemž dvojice ramen (3, 30) jsou v jednotlivých výškových úrovních vůči sobě úhlově posunuty pro dosažení rovnoměrného chodu motoru. Zarážka (5) tvoří současně pojistku zabraňující přetížení konstrukce motoru nebo může tvořit regulátor otáček motoru tím, že je umožněno volné protočení lopatky (4) mezi dvojicí ramen (3, 30).

Motor, využívající pohybové energie plynu nebo kapaliny

Oblast techniky

Zařízení podle vynálezu je energetický zdroj, využívající pohybové energie plynu nebo kapaliny, zejména však proudícího vzduchu nebo vody pro přeměnu na točivou sílu motoru, kterou je možno využívat k pohonu dalších ústrojí a strojů.

Motor obsahuje na otočně upraveném hřídeli alespoň dva nosné rámy uspořádané po obvodu otočného hřídele souměrně, přičemž na každém nosném rámu je otočně uložena lopatka s možností odklopení okolo osy umístěné na vzdálenější straně od otočného hřídele. Rám je tvořen dvojicí ramen umístěných pod sebou v podélném směru otočného hřídele. Lopatka vykazující vydutý profil je umístěna průchodně mezi rameny rámu. K otočnému hřídeli přivrácená strana lopatky je v pracovní poloze ve styku se zarážkou. Z otočného hřídele motoru je odebírán jeho výkon.

Dosavadní stav techniky

Větrných nebo vodních motorů existuje mnoho konstrukcí, využívajících různých principů. Většina známých principů těchto zařízení je ještě závislá na doplňkových úpravách okolí, ve kterém tato zařízení pracují. Jedná se např. o jezy, přehrady apod.

Příkladem konstrukce větrného rotoru je zařízení podle zveřejněné evropské patentové přihlášky 137476 s prioritou ze dne 13. 10. 1983, Int. Cl.⁴ F 03 B 17/06. Na otočném hřídeli je zde upravena čtveřice nosných rámů, v nichž je vždy po jedné uchycena lopatka s možností vyklápění ve směru k rámu a od rámu, přičemž otočný závěs lopatky je umístěn na konci každého rámu na vzdálenější straně od otočného hřídele. Lopatka se nachází v pracovní poloze při přiklopení silou větru k nosnému rámu. Při odklopení lopatky ve směru od rámu neklade lopatka odpor proudícímu vzduchu. Při otáčení rotoru s lopatkami se cyklus přiklápění a odklápění lopatek k rámu a od rámu opakuje.

Velmi podobné rotační zařízení popsanému v předchozím odstavci je uváděno v patentovém spise VB 1508796 s prioritou ze dne 19. 06. 1974, Int. Cl.² F 03 D 3/06. Na otočném hřídeli jsou nad sebou upevněny dva rotory ve tvaru kříže, mezi nimiž jsou instalovány profilované lopatky, a to na každém ramenu kříže několik profilovaných lopatek za sebou. Každá profilovaná lopatka je otočná okolo svislé osy směřující vertikálně na ramena obou rotorů, přičemž tyto otočné svislé osy se nacházejí na vzdálenější straně od otočného hřídele. Profilované lopatky umístěné jako prvé u otočného hřídele se svými volnými konci v pracovní poloze opírají o zarážku umístěnou mezi oběma rameny kříže. Další profilované lopatky v řadě se svými volnými konci v pracovní poloze opírají o otočné svislé osy profilovaných lopatek umístěných před nimi. Mezi oběma rameny kříže jsou umístěny ještě další zarážky profilovaných lopatek, a to pro odklopení profilovaných lopatek ve směru od otočného hřídele, kdy profilované lopatky nekladou odpor proudícímu vzduchu či proudící vodě. Do pracovní polohy se profilované lopatky přemísťují po natočení ve směru k otočnému hřídeli, a to silou proudícího média.

Popsaná rotační zařízení v předchozích odstavcích se hodí svojí konstrukcí spíše pro mírnější větrné či vodní proudy, a to zejména z toho důvodu, že nejsou vybavena ústrojím pro regulaci otáček rotoru a ani tedy pojistkou zabraňující přetížení konstrukce. Rovněž konstrukce a umístění zarážek není vyhovující.

Vodní přílivový motor podle patentového spisu US 1 819 749 s prioritou ze dne 07. 06. 1929 obsahuje dvě kruhové desky umístěné nad sebou a spojené s otočným hřídelem. Tato konstrukce

-1 CZ 297901 B6 představuje rotor motoru. Mezi deskami jsou uspořádány rovinné lopatky, které jsou uchyceny v obvodových okrajích kruhových desek otočně. V blízkosti otočného hřídele jsou rozmístěny zarážky rovinných lopatek a jejich počet odpovídá počtu rovinných lopatek. V pracovní poloze jsou rovinné lopatky opřeny o zarážky, zatímco při odklopení rovinných lopatek ve směru od otočného hřídele nekladou rovinné lopatky odpor proudící vodě. Při otáčení rotoru motoru se cyklus přiklápění a odklápění rovinných lopatek k otočnému hřídeli a od otočného hřídele opakuje v závislosti na poloze rovinných lopatek vůči proudu vody. Tato konstrukce motoru opět neumožňuje regulaci výkonu motoru a ani jeho ochranu před pevnostním přetížením konstrukce.

Zařízení na výrobu elektrického proudu podle DE OS 10022117 s prioritou ze dne 06. 05. 2000, Int. C1.⁷F 01 D 1/22 se po konstrukční stránce neliší od konstrukce vodního motoru podle patentového spisu US 1 819 749 popsaného v předchozím odstavci.

Vodní zařízení obsažené v patentovém spisu FR 2289762 s prioritou ze dne 04. 11. 1974, Int. Cl² F 03 B 7/00 obsahuje k otočnému hřídeli kolmo přisazenou růžici s vytvarovanými lopatkami upevněnými vždy jednotlivě na příslušném ramenu, které je vetknuto do růžice. Okolo tohoto ramena jsou vytvarované lopatky otočné, přičemž jejich natočení je omezeno dvojicí zarážek upevněných na každém ramenu. Zarážky omezují pohyb vytvarovaných lopatek v jejich pracovní poloze a současně přispívají k jejich konstrukčnímu zpevnění. S výhodou mohou být vytvarované lopatky na volných koncích protilehlých k jednotlivým ramenům opatřeny odlehčovací vzdušnou taškou. Popsaná konstrukce není předmětem řešení podle vynálezu.

Německý užitný vzor G 8701224.3 s datem přihlášení 27. 01. 1987, Int. Cl.⁴ F 03 D 3/06 se týká větrného případně vodního silového zařízení. To je tvořeno otočným hřídelem, ke kterému je upevněna horní dvojice a spodní dvojice listů, majících souměrný profil leteckého křídla, přičemž spodní dvojice listů je natočena o devadesát stupňů oproti horní dvojici listů, takže jejich osy souměrnosti jsou na sebe kolmé a současně jsou kolmé k podélné ose otočného hřídele. Dvojice listů jsou upevněny k otočnému hřídeli s možností natáčení, a to prostřednictvím čepů vedených v dutém pouzdru, které je pevně spojeno s otočným hřídelem. V prostoru pod dutým pouzdrem obou dvojic listů je upravena zarážka, která je rovněž pevně spojena s otočným hřídelem. V pracovní poloze listů zarážka vymezuje jejich velikost natočení vůči proudícímu médiu. Při natočení listů do mimopracovní polohy vlivem proudícího média nekladou listy odpor a v tomto postavení listů je přerušen jejich styk se zarážkou. Při otáčení listového rotoru se cyklus přiklápění a odklápění listů k zarážce a od zarážky opakuje. Při tomto konstrukčním provedení zarážky listového rotoru netvoří zarážka pojistku zabraňující silovému přetížení zařízení a ani netvoří regulátor otáček listového rotoru. Zde uvedená konstrukce silového zařízení se netýká řešení podle vynálezu.

Patentový spis US 6 109 863 s prioritou ze dne 16. 11. 1998, Int. Cl.⁷ F 03 B 15/06 se týká ponorného přístroje pro výrobu elektřiny včetně související metody její výroby. K výrobě elektřiny je užito zařízení, které je uloženo ve skříni opatřené vstupním otvorem proudu média a výstupním otvorem proudícího média. Zařízení tvoří dva nad sebou uspořádané kotouče, které jsou pevně spojeny s otočným hřídelem. Mezi kotouči jsou v několika sekcích po jejich obvodě uspořádány listy ve tvaru obdélníkových lopatek. Sekcí po obvodě kotoučů je pět nebo šest. Listy v jednotlivých sekcích jsou řazeny vedle sebe a směřují od středu soustavy kotoučů k jejich obvodu, přičemž jsou upraveny tak, že se mohou vůči sobě natáčet, čímž mohou v jednom případě vytvořit stěnu a ve druhém případě mohou vytvořit průchod s malým odporem pro protékající vodu. Pracovní poloha listů je dána jejich uspořádáním do tvaru stěny a tato pracovní poloha se v průběhu pracovního cyklu ponorného přístroje pravidelně střídá s otevřenou polohou listů znamenající volný průchod pro protékající vodu. A alternativním provedení ponorného přístroje mohou být dva nad sebou uspořádané kotouče doplněny o další dvojici těchto nad sebou uspořádaných kotoučů. Uvedená konstrukce ponorného přístroje není předmětem řešení podle vynálezu.

-2CZ 297901 B6

Rotor vodní turbíny je obsahem popisu vynálezu k autorskému osvědčení SSSR 1800094 s prioritou ze dne 14. 06. 1989, Int. Cl.⁵ F 03 B 17/06. Podle tohoto autorského osvědčení se rotor skládá z několika ramen, která obsahují za sebou i vedle sebe řazené lopatky, které jsou opět výklopné a aerodynamicky tvarované. Lopatky jsou výklopné buď ve směru proudící vody, nebo se postaví svou plochou kolmo k proudu vody. V pracovní fázi, kdy lopatky jsou postaveny kolmo svou plochou k proudu vody, jsou seřazeny za sebou a vzájemně se částečně překiývají, čímž se dosáhne plného plošného zaplnění sekce resp. sekcí rotoru. Uvedené řešení se netýká předmětu vynálezu.

Turbína pro tekoucí média je obsažena ve zveřejněné mezinárodní přihlášce vynálezu s WO 01/33074 s prioritou ze dne 01. 11. 1999, Int. Cl.⁷ F 03 B 17/06. Zde uvedené řešení obsahuje rovněž lopatkový rotor, jehož lopatky jsou na koncích specificky vytvarovány a na svém povrchu jsou ještě opatřeny doplňujícími tvarovanými plochami. Navíc jsou uzpůsobeny pro možnost natáčení a to v jejich podélném směru.

Obsahem CZ užitného vzoru číslo zápisu 12644 s prioritou ze dne 22. 07. 2002, Int Cl.⁷ F 03 D 1/06 je velkoplošná turbína, především větrná, která je tvořena víceramenným rotorem, otočně uloženým na hřídeli. Na ramenech rotoru jsou uchyceny nosné rámy s otočně uloženými lopatkami, přičemž v každém nosném rámuje uloženo více lopatek, umístěných za sebou. Toto řešení je zcela obdobné obsahu autorského osvědčení SSSR 1800094.

Řešení podle vynálezu vychází z některých zde uvedených konstrukcí a jeho účelem je zdokonalit a vylepšit konstrukci motorů využívajících pohybové energie plynu nebo kapaliny.

Podstata vynálezu

Podstatou řešení motoru podle vynálezu je, že zarážka je upevněna na otočném hřídeli a je konstruována jako pojistka zabraňující pevnostnímu přetížení konstrukce motoru nebo i jako regulátor otáček motoru. Při překročení bezpečného namáhání konstrukce motoru nebo při překročení počtu otáček motoru zarážka umožní volné protočení lopatky či lopatek rotoru.

V alternativním provedení motoru podle vynálezu je pod nebo nad soustavou dvojic ramen s lopatkou umístěna alespoň jedna další soustava dvojic ramen, opatřených mezi rameny opět lopatkou. Tato další soustava dvojic ramen je rovněž pevně uchycena k otočnému hřídeli a vykazuje úhlový posun po jeho obvodu oproti sousední resp. sousedním soustavám dvojic ramen. S výhodou je profil jednotlivých nosných ramen lopatek vytvořen tak, že vykazuje šikmou plochu, která směřuje k vydutému tvaru lopatek a tímto uspořádáním usměrňuje proudící vzduch či vodu na vydutou plochu lopatek.

Výhodou zařízení pro zpracování energie proudícího vzduchu nebo vody podle vynálezu je zejména možnost navýšení funkční plochy motoru variabilním uspořádáním dalších soustav dvojic ramen s osazenou výklopnou lopatkou, což přispívá rovněž k rovnoměrnějšímu otáčení rotoru motoru např. při poryvech větru. Navržený tvar dvojic ramen s osazenou lopatkou zvyšuje využití energie větru či vody jejich nasměrováním na vydutou plochu jednotlivých lopatek. Výhodou je rovněž zabezpečení zařízení proti jeho zničení v případě přetížení konstrukce motoru resp. možnost regulace otáček motoru.

Přehled obrázků na výkresech

Větrný nebo vodní motor podle vynálezu je schematicky a v příkladných provedeních ukázán na výkresech, na nichž značí obr. 1 pohled na motor z boční strany, obr. 2 pohled na motor z obr. 1 shora, obr. 3 uspořádání zarážky lopatky, obr. 4 profil lopatky umístěné mezi dvojicí nosných ra-3CZ 297901 B6 men uchycených pevně k otočnému hřídeli a obr. 5 pohled ve směru prvé šipky na soustavu dvojice ramen a lopatky z obr. 4.

Příklady provedení vynálezu

Podle obr. 1 a 2 je na pevné ose 1 upraven otočný hřídel 2, na kterém je upevněna prvá soustava dvojic nosných ramen 3, uspořádaných proti sobě v úhlu 180°. Pod prvou soustavou dvojic nosných ramen 3 je umístěna druhá soustava dvojic nosných ramen 30, která jsou rovněž uspořádána proti sobě v úhlu 180° a dále jsou oproti prvé soustavě dvojic nosných ramen 3 úhlově posunuta o 90° (obr. 2). Mezi jednotlivými dvojicemi nosných ramen 3, 30 jsou otočně uspořádány profilované lopatky 4, otočné okolo osy 7 podle třetí šipky JJ_. Lopatky 4 mají vydutý profil, kterým jsou natočeny v jejich pracovní poloze proti směru proudícího vzduchu či vody, naznačeném prvými šipkami 9 (obr. 2). V pracovní poloze se lopatky 4 opírají o zarážky 5, pevně uchycené k otočnému hřídeli 2, který se otáčí ve směru druhé šipky 10.

Ve výhodném konstrukčním provedení plní zarážky 5 současně funkci pojistek proti přetížení konstrukce motoru nebo pro regulaci otáček motoru. Tato úprava je na obr. 3, kdy na otočném hřídeli 2, který se otáčí na pevné ose 1 na neznázoměných ložiskách ve směru druhé šipky 10, jsou upevněny zarážky 5, které jsou doplněny výklopným mechanismem, umožňujícím po překonání nastavené síly pružiny 8 volné protočení lopatky 4 mezi dvojicí nosných ramen 3, 30. V alternativním neznázoměném provedení může být výklopný mechanismus lopatek 4 motoru ovládán např. elektromagnetem v závislosti na velikosti zatížení motoru. Směr proudění média na lopatku 4 je naznačen prvou šipkou 9.

S výhodou jsou dvojice nosných ramen 3, 30 vytvarovány tak, že obsahují šikmou plochu 6, která napomáhá usměrnění proudícího média ve směru prvé šipky 9 na vydutou plochu lopatek 4 (obr. 4 a 5).

Lopatky 4 motoru konají práci, pokud jsou opřeny o zarážku 5 na otočném hřídeli 2. Po natočení otočného hřídele 2 asi o polovinu otáčky se lopatka 4 přestane opírat o zarážku 5 a natočí se okolo osy 7 po směru proudícího média podle prvé šipky 9 do polohy minimálního odporu proudícímu médiu (obr. 2). V průběhu druhé poloviny otáčky otočného hřídele 2 se lopatka 4 současně natáčí okolo osy 7 a klade stále minimální odpor proudu média. Před dokončením otáčky otočného hřídele 2 se lopatka 4 opět opře o zarážku 5 a svou vydutou plochou se nastaví proti proudu média. Uvedený cyklus se neustále opakuje, a to pro všechny lopatky 4 osazené mezi nosnými rameny 3, 30 motoru.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Motor, využívající pohybové energie plynu nebo kapaliny, zejména proudícího vzduchu či vody, obsahující na otočně upraveném hřídeli alespoň dva nosné rámy uspořádané po obvodu otočného hřídele souměrně, z nichž každý je tvořen dvojicí ramen (3, 30) umístěných pod sebou v podélném směru otočného hřídele (2) a mezi rameny (3, 30) každého rámuje průchodně umístěna lopatka (4) vykazující vydutý profil, jejíž strana přivrácená k otočnému hřídeli (2) je v pracovní poloze ve styku se zarážkou (5) a na vzdálenější straně od otočného hřídele (2) je lopatka (4) uložena v rámu otočně s možností odklopení okolo osy (7), vyznačující se tím, že zarážka (5) je upevněna na otočném hřídeli (2) a současně tvoří pojistku zabraňující přetížení konstrukce motoru nebo tvoří regulátor otáček motoru.

2. Motor podle nároku 1, vyznačující se tím, že pod nebo nad soustavou dvojic ramen (3) je umístěna alespoň jedna další soustava dvojíc ramen (30), přičemž tato ramena (30) jsou uchycena k otočně upravenému hřídeli (2) a vykazují úhlový posun po jeho obvodu oproti sousední resp. sousedním soustavám dvojic ramen (3).

3. Motor podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že profil jednotlivých dvojic ramen (3, 30) vykazuje šikmou plochu (6), směřující k vydutému tvaru lopatek (4).

2 výkresy