CZ307925B6 - Neobjemový tekutinový stroj - Google Patents

Abstract

Neobjemový tekutinový stroj podle vynálezu obsahuje rotor (3) s lopatkami (31), kde součástí rotoru (3) je rameny (43) opatřený otočný unášeč (4), k jehož centrální části (41) je kolmo k rovině pohybu unášeče (4) připevněn pohonný hřídel (2). K uložení pohonného hřídele (2) je uzpůsobena základna (1). Okolo osy (21) pohonného hřídele (2) je vytvořena otočná vazba centrálního kola (6) a pohonného hřídele (2). Na vnějším konci (42) každého ramena (43) unášeče (4) je otočně uložen satelit (5) se souose připevněnou lopatkou (31). Satelit (5) je spřažen s centrálním kolem (6) kinematickou vazbou (7) s otáčkami satelitu (5) dopomala v opačném smyslu (b), než je smysl (c) otáčení unášeče (4). Centrální kolo (6) je vzhledem k základně (1) ustaveno do jedné ze tří pohybových konfigurací, z nichž v první konfiguraci je nehybné, v druhé konfiguraci je uzpůsobeno pro natočení a následné znehybnění a ve třetí konfiguraci je uzpůsobeno pro řízené vratné natáčení mezi dvěma úvratěmi.

Description

Oblast techniky

Vynález se týká neobjemového tekutinového stroje obsahujícího rotor s lopatkami pro přenos náporové síly tekutinového prostředí.

Dosavadní stav techniky

Je známo, že zejména v dopravě a ve výrobě elektřiny jsou využívány rotační mechanismy pro převod kinetické energie zejména proudícího vzduchu a vody na rotační formu mechanické energie a zpět. Jedná se o neobjemové tekutinové stroje, z nichž část je opatřena vnějšími lopatkovými systémy na principu anemometru. Tyto vnější lopatkové systémy bývají sice konstrukčně velmi jednoduché a provozně levné, avšak v porovnání s vrtulí větrné elektrárny jsou podstatně méně účinné. Tato nevýhoda vychází z toho, že ve směru proudu vzduchu působícího na čelní plochy lopatek bývá sice dosažen příznivě velký součinitel odporu, avšak u opačných ploch těchto lopatek, které se v oběžném pohybu proti proudu vracejí, se odpor nedostatečně snižuje, přičemž by měl ideálně být velmi malý.

Stejná nevýhoda existuje i u lodního kolesa, jež je zástupcem lopatkového systému pracujícího ve vodě. Koleso je velmi jednoduché a v účinnosti by bylo schopno konkurovat lodnímu šroubu, pokud by však lopatky, které se v horní poloze vracejí ve směru pohybu lodi, mohly být též ponořeny ve vodě, jako je tomu u lopatek v poloze spodní. Dosud běžné koleso se však při větších vodních vlnách dostává též svojí horní polohou lopatek do styku s vodní masou a v porovnání s lodním šroubem se tím u něho podstatně snižuje účinnost a zejména manévrovací schopnost, což se projevuje hlavně na neklidné hladině.

Problémy s odporem vracejících se lopatek byly řešeny např. mechanismem CZ 71381, jehož princip spočívá vtom, že oběžné lopatky jsou v oběhovém cyklu 360 úhlových stupňů průběžně mechanicky natáčeny tak, aby vytvářely nejpriznivější úhel náběhu pro přenos motorem dodaného točivého momentu na tažnou sílu pohánějící loď. Tento mechanismus, kterým jsou lopatky kolem své osy nejen průběžně natáčeny, ale který každou z nich v určité dané oběžné poloze rázově pootočí o celých 180 úhlových stupňů, má výhodu spočívající ve vysoké manévrovatelnosti lodi a ve schopnosti operativně měnit působení tažné síly do libovolného směru. Nevýhodou je však jeho složitost a ztráta energie při rázovém pootáčení lopatek. Se složitostí mechanismu jsou spojeny vysoké pořizovací a provozní náklady. Důsledkem je, že tento systém je užíván pouze u trajektů a remorkérů. Nenašel uplatnění ani u velkých zaoceánských lodí, ani se nerozšířil do jiných oblastí techniky, jako jsou např. větrné elektrárny, vodní turbíny, obojživelná vozidla, sněžná vozidla a letadla typu drone, kde by použití neobjemových tekutinových strojů s lopatkami bylo vhodné.

Z oblasti vzduchoplavectví jsou známy balóny, helikoptéry a drony. Balóny mají nevýhodu v tom, že přesné řízení směru jejich pohybu je v podstatě nemožné. Helikoptéry tuto nevýhodu nejen odstraňují, ale umožňují i setrvání ve vzduchu na určeném místě. K tomu však potřebují zcela prázdný prostor anebo zamřížovanou ochranu v okruhu svých vrtulí, což je činí nepoužitelnými např. v blízkém okolí stromů, kde střet vrtule s větvemi znamená havárii. Vrtule sice mohou být chráněny zamřížováním, avšak v takovém případě musejí být zpravidla relativně malé a rychloběžné, což vytváří místně velké proudění vzduchu, nepříznivé při startu a přistávání, zejména v obydlených oblastech. Rovněž tak se u rychloběžných vrtulí jeví jejich nepříznivá vlastnost v tom, že je vůbec nelze využít k plachtění a v nouzové situaci mají pouze nepatrný účinek charakteru záchranného padáku. Stejnou nevýhodou trpí i drony.

- 1 CZ 307925 B6

V oblasti ekologicky a ekonomicky výhodného způsobu pohonu lodí, zejména pro rekreační a sportovní účely, jsou široce využívány plachetnice, které však vůči motorovým lodím trpí významnou nevýhodou zejména v tom, že při větších odchylkách směru větru od směru pohybu lodě vyžadují složité, časově a prostorově náročné manévrování, které velmi omezuje rychlost v žádaném dopředném směru. Základní problém zde je v tom, že současné běžné plachetnice nedokážou technicky výhodně přeměnit kinetickou energii proudícího vzduchu na rotační energii mechanickou a touto energií poté pohánět loď zcela libovolným směrem, včetně směru přímo proti větru.

Podstata vynálezu

Uvedené nevýhody jsou podstatně zmenšeny neobjemovým tekutinovým strojem podle vynálezu, obsahujícím jednak rotor s lopatkami pro přenos náporové síly tekutinového prostředí a jednak pohonný hřídel, který je spřažen a/nebo uzpůsoben pro spřažení s jedním energetickým strojem ze skupiny obsahující motor, generátor a motor-generátor. Podstata vynálezu spočívá v tom, že rotor obsahuje otočný unášeč opatřený alespoň jedním ramenem, v jehož centrální části je kolmo k rovině pohybu unášeče připevněn pohonný hřídel. V centrální části je okolo osy pohonného hřídele vytvořena otočná vazba centrálního kola s pohonným hřídelem. Na vnějším konci ramena je otočně uložen satelit, který obíhá centrální kolo a na sobě má souose připevněnou lopatku. Satelit je spřažen s centrálním kolem kinematickou vazbou s otáčkami satelitu do pomala v opačném smyslu, než je smysl otáčení unášeče. Centrální kolo je vzhledem k základně ustaveno do jedné ze tří pohybových konfigurací, z nichž v první konfiguraci je nehybné, v druhé konfiguraci je uzpůsobeno pro natočení a následné znehybnění a ve třetí konfiguraci je uzpůsobeno pro řízené obousměrné natáčení. Základna je uzpůsobena pro uložení pohonného hřídele.

Ve většině aplikací unášeč obsahuje alespoň dvě ramena, přičemž na vnějším konci každého ramena je otočně uložen satelit s jemu přiřazenou lopatkou. Kinematická vazba má konstantní převodový poměr 2 : 1 dopomala.

Otočná vazba centrálního kola a pohonného hřídele při výhodném provedení obsahuje stavěči hřídel, který je jednak centricky otočně uložen vzhledem k pohonnému hřídeli a jednak pevně spojen s centrálním kolem.

Za účelem osového natočení centrálního kola, a tím lopatek, a pro následné znehybnění centrálního kola jev rámci druhé pohybové konfigurace stavěči hřídel spřažen s nastavovacím ústrojím uzpůsobeným pro natočení a znehybnění centrálního kola.

Natočení centrálního kola je možno provést ručně, ale pro bezproblémový chod neobjemového tekutinového stroje nastavovací ústrojí obsahuje servomechanismus, který je uložen na základně a který je uzpůsoben pro natočení stavěcího hřídele a zaaretování vzhledem k základně.

V rámci třetí pohybové konfigurace je stavěči hřídel spřažen s nastavovacím ústrojím uzpůsobeným pro řízené obousměrné natáčení centrálního kola. Za tím účelem alespoň na jednom prvku ze skupiny obsahující rameno unášeče a pohonný hřídel je upraven senzor točivého momentu. Tento senzor je spřažen s nastavovacím ústrojím prostřednictvím jednoho z komunikačních prvků patřících do skupiny, která obsahuje jednak řídicí počítač a jednak komunikační protokol s internetem věcí loT.

Ve většině případů postačuje, nebo je dokonce nutné, natočit každou jednotlivou lopatku o shodný úhel vůči každému jednotlivému ramenu unášeče, přičemž se použije jediné centrální kolo a jediný stavěči hřídel. Z hlediska řízení výkonu neobjemového tekutinového stroje a zejména z hlediska zabránění poškození stroje havarijně nebezpečnou náporovou silou tekutinového prostředí je však někdy nutné, nebo výhodné, plynule řídit uvedené úhlové

-2CZ 307925 B6 nastavení každé jednotlivé lopatky odděleně. V takovém případě je centrální kolo rozčleněno na souosé shodné segmenty, z nichž každý segment je pevně spojen se svým stavěcím hřídelem a nastavovací ústrojí obsahuje servomechanismy uzpůsobené pro nezávislé natáčení jim příslušejících stavěčích hřídelů. Servomechanismy jsou uzpůsobeny v jednom případě pro zaaretování stavěčích hřídelů po natočení a v druhém případě pro vratné natáčení stavěčích hřídelů vzhledem k základně.

Konstantní kinematická vazba může mít různou podobu. V jednom provedení je tvořena bezprokluzovým nekonečným členem, který je ob veden kolem dvojice tvořené centrálním kolem a satelitem.

V případě např. čtyř, resp. šesti satelitů je konstantní kinematická vazba tvořena bezprokluzovým nekonečným členem, kterým je opásáno centrální kolo a alespoň dva satelity.

Časté provedení konstantní kinematické vazby spočívá v tom, že bezprokluzovým nekonečným členem je ozubený pás.

Při požadavku na velké výkony konstantní kinematická vazba obsahuje lichý počet vložených kol, která propojují centrální kolo se satelitem a zabezpečují jejich shodný směr otáčení, přičemž vložené kolo, centrální kolo i satelit jsou opatřeny ozubením.

Uvedený typ konstantní kinematické vazby se v jednom případě vyznačuje tím, že vložené kolo, centrální kolo i satelit jsou opatřeny čelním ozubením.

V jiném případě vložené kolo, centrální kolo i satelit jsou opatřeny kuželovým ozubením, přičemž osa satelitu je rovnoběžná s osou pohonného hřídele.

Jestliže unášeč obsahuje nejméně dvě ramena a osy satelitů jsou mimoběžné navzájem i vzhledem k ose pohonného hřídele, předlohové kolo, centrální kolo i satelit jsou opatřeny kuželovým ozubením.

Neobjemové tekutinové stroje podle vynálezu mohou mít rozdílná určení. Jednak se jedná o formu určenou k pohonu suchozemských, vodních a vzdušných dopravních prostředků využitím reaktivní tažné síly v důsledku převodu mechanické energie na urychlování tekutinového média vzduchu, vody anebo jejich hmotových směsí se sněhem, pískem apod. Dále pak se jedná o formu určenou k získávání mechanické energie ze zpomalování tekutinového média v podobě vzduchu nebo vody a následnou její přeměnu do elektrického proudu, stlačeného vzduchu a podobně.

Jedná-li se o vzduchovou turbínu určenou k výrobě elektrické energie nebo stlačeného vzduchu, jedno provedení spočívá v tom, že pohonný hřídel je otočně uložen v centrálním kole, které je připevněno k základně, na níž je ustaven generátor spřažený s pohonným hřídelem. Základna je upevněna na pevném sloupu, který je kolmý k pohonnému hřídeli a otočně uložený v patním ložisku ukotveném do nehybného podkladu, přičemž pevný sloup je opatřen natáčecím a aretovacím ústrojím.

V rámci jiného provedení vzduchové turbíny je pohonný hřídel spřažen s generátorem, který je usazen na základně, která je upevněna k vrchnímu dílu stožáru, jehož spodní díl je uložen na nehybném podkladu a s vrchním dílem spojen prostřednictvím kloubu, přičemž mezi vrchním dílem a spodním dílem stožáru je uspořádáno naklápěcí ústrojí.

Neobjemový tekutinový stroj podle vynálezu může být využit k pohonu lodi, a to ve formě obdobné lodnímu kolesu, avšak s výhodou možnosti ponoření pod hladinu. Za tím účelem má pohonný hřídel v podstatě vodorovnou polohu a je centricky otočně uložen ve stavěcím hřídeli, který je spolu s centrálním kolem upevněn ke spodnímu konci postranice, jejíž horní konec je

-3 CZ 307925 B6 pevně spojen se základnou. Základna je upravena v trupu lodi. K hornímu konci postranice je upevněn motor, který je převodovým ústrojím spřažen s pohonným hřídelem.

U jiného typu lodního poháněcího ústrojí pohonný hřídel má v podstatě vodorovnou polohu a je otočně uložen v základně, která je upravena v trupu lodi. Na základně je usazen motor, který je spřažen s pohonným hřídelem a na pohonném hřídeli je otočně uložen stavěči hřídel a na něm rovněž otočně unášeč.

Zdokonalené lodní poháněči ústrojí, které je vhodné pro hlubokou i mělkou vodu, obsahuje pohonný hřídel, který je otočně uložen ve stavěcím hřídeli. Stavěči hřídel je otočně uložen ve výložníku. Výložník je prostřednictvím otočného uložení usazen v základně upravené v trupu lodi, kde je uložen motor, který je spřažen s pohonným hřídelem. Ve výložníku je upraveno nastavovací ústrojí, které je spřaženo se stavěcím hřídelem. Výložník je spřažen s natáčecím a aretovacím ústrojím, které je uzpůsobeno pro natočení výložníku v otočném uložení. Výhodné provedení spočívá v tom, že ve výložníku je uspořádáno převodní ústrojí mezi pohonným hřídelem a paralelním hřídelem, který je jednak souosý s otočným uložením a jednak spřažený s motorem.

U dosud uvedených lodních poháněčích ústrojí byl zdrojem energie pro pohyb lodi motor. K pohonu lodi lze ale použít i energie větru. U takto koncipovaného neobjemového tekutinového stroje coby lodního poháněcího ústrojí je pohonný hřídel ve svislé poloze otočně uložen na základně, která je vsazena do trupu lodi. Na horním konci pohonného hřídele je otočně uložen horní stavěči hřídel s horním nastavovacím ústrojím, zatímco na dolním konci pohonného hřídele je otočně uložen dolní stavěči hřídel s dolním nastavovacím ustrojím. Pohonný hřídel je spřažen s motor-generátorem. Pohonný hřídel je pevně spojen na horním konci s horním rotorem uzpůsobeným pro přenos náporové síly z proudícího vzduchu a na dolním konci s dolním rotorem uzpůsobeným pro přenos náporové síly do vody.

Jiné zařízení pro pohon lodi větrem obsahuje nejméně jeden rotor, jehož stavěči hřídel je uložen v patním ložisku upraveném na základně včleněné do trupu lodi. Pohonný hřídel je spřažen převodovým ústrojím s motor-generátorem. Každý čep satelitu je spojen se spodní částí plachty coby lopatky, přičemž horní části plachet jsou v případě více než jednoho rotoru zakotveny do společného kloubu.

Neobjemový tekutinový stroj podle vynálezu lze využít i k pohonu obojživelných vozidel. V tomto případě je pohonný hřídel o vodorovné poloze spřažen s motor-generátorem, který je uložen na základně vestavěné do trupu obojživelného vozidla. Lopatky jsou uzpůsobeny pro opření o terén, přičemž součet velikosti poloměru unášeče a poloviční tloušťky lopatky je větší než vzdálenost osy pohonného hřídele od spodku trupu.

Další skupinu zařízení, v nichž nalezne uplatnění neobjemový tekutinový stroj podle vynálezu, jsou vzdušná plavidla. Jedním z nich je upoutaný balón sloužící k výrobě elektřiny anebo stlačeného vzduchu. K jeho činnosti je využit neobjemový tekutinový stroj s unášečem obsahujícím dvě ramena, přičemž stavěči hřídel je centricky otočně uložen v pohonném hřídeli. Ke stavěcímu hřídeli je zafixována základna, k níž je připevněna stacionární část generátoru. S pohonným hřídelem je spojena rotační část generátoru. Generátor je vázacím ohebným energovodným prostředkem spojen s pod základnou uspořádanou překlenovací spojnicí, která je otočně uložena v patním ložisku pevně zakotveném do nehybného podkladu.

Neobjemový tekutinový stroj v podobě upoutaného balónu jiného provedení, než v předešlém případě má unášeč, který obsahuje nejméně dvě ramena a stavěči hřídel, který je centricky otočně uložen v pohonném hřídeli. S pohonným hřídelem je pevně spojeno pohonné kolo, které je převodovým ústrojím v podobě řemene spřaženo s generátorem. O řemen převodového ústrojí je kluzně opřeno závaží, které je připevněno ke stavěcímu hřídeli. Generátor je kolmo ke své ose otočně uložen v patním ložisku pevně zakotveném do nehybného podkladu.

-4CZ 307925 B6

Volně létající neobjemový tekutinový stroj typu balónu obsahuje dva unášeče, z nichž jeden je umístěn na levém a druhý na pravém boku ve směru tažného pohybu stroje. Oba unášeče jsou navzájem propojeny průchozími čepy. Každý z obou unášečů je opatřen nejméně dvěma rameny, na jejichž koncích jsou satelity s lopatkami. Každý z obou unášečů je napojen na samostatné ústrojí konstantní kinematické vazby a na stavěči hřídel. Stavěči hřídel je jednak centricky otočně uložen v pohonném hřídeli a jednak je na něm zavěšena postranice spojená se základnou. Na základně je uložen motor-generátor, který je převodovým ústrojím spřažen s pohonným hřídelem. Lopatky mají nižší jednotkovou hmotnost než vzduch. U tohoto volného balónu je pod základnou zavěšena gondola.

Volně létající stroj typu helikoptéry nebo dronu má pohonný hřídel spřažen s motorgenerátorem, který je uložen na základně, přičemž pohonný hřídel je umístěn ve shodné rovině s rovnoběžným pohonným hřídelem alespoň jednoho dalšího rotoru shodného provedení. Základny rotorů jsou symetricky rozmístěny na horní části kokpitu. Unášeče rotorů jsou umístěny podél boků kokpitu, přičemž pohonné hřídele mají směr kolmý ke směru pohybu kokpitu.

Jiná verze dronu je uspořádána tak, že k základně s otočně uloženým pohonným hřídelem je připevněno ráhno, k němuž je připevněn motor spřažený převodovým ústrojím s pohonným hřídelem. Pod ráhnem je zavěšen kokpit, který je opatřen druhým ráhnem, jež je symetricky vystrojeno druhým rotorem.

U tohoto dronu v jednom případě pohonné hřídele mají směr kolmý ke směru pohybu kokpitu, přičemž je uspořádán nejméně jeden rotor nad přední částí kokpitu a nejméně jeden rotor nad zadní částí kokpitu. V druhém případě pohonné hřídele mají směr rovnoběžný se směrem pohybu kokpitu, přičemž alespoň jedna dvojice paralelně uspořádaných rotorů je umístěna nad kokpitem.

Létající stroj ve funkci záchranné plošiny nebo vzdušného pontonového mostu obsahuje dva protilehlé vzájemně nezávislé unášeče. Každý z unášečů má nejméně dvě ramena, na jejichž koncích jsou uspořádány satelity s lopatkami. Každý z unášečů je napojen na samostatné ústrojí konstantní kinematické vazby. Pohonný hřídel každého z unášečů je otočně uložen jednak v základně a jednak v centrálním kole. S centrálním kolem je spřaženo nastavovací ústrojí ukotvené na základně. Pod základnou je zavěšena postranice, která je s protilehlou postranicí propojena překlenovací spojnicí. K překlenovací spojnici a/nebo postranicí je uchycen motor, který je převodovým ústrojím spřažen s pohonným hřídelem.

Neobjemový tekutinový stroj v aplikaci jako vodní turbína pro malé spády má stavěči hřídel pevně připojen ke žlabu, který je jednak upevněn k základně a jednak uzpůsoben pro průtok vody. Lopatky jsou vnořeny do žlabu a pohonný hřídel je spojen s generátorem, který je upevněn k základně.

Neobjemový tekutinový stroj použitý jako vodní turbína má základnu ve tvaru dutého sloupu, jehož horní část je obklopena unášečem s lopatkami nasměrovanými ke spodní části dutého sloupu. Pohonný hřídel má podobu rotační části generátoru, která je pevně spřažena s unášečem, zatímco stacionární část generátoru je pevně spojena s dutým sloupem, u jehož horního konce je na jeho vnějšku otočně uložen stavěči hřídel. Proti stavěcímu hřídeli je k dutému sloupu připevněno nastavovací ústrojí. Dolní konec dutého sloupu je uzpůsoben pro zapuštění do vodního dna. Lopatky jsou uzpůsobeny pro ponoření pod vodní hladinu a generátor pro umístění nad vodní hladinu.

U neobjemového tekutinového stroje použitého jako turbína využívající energie vody i větru základna má tvar dutého sloupu, který je uzpůsoben pro zapuštění do vodního dna. Na dutém sloupu je usazen v horní části horní rotor s horními lopatkami uzpůsobenými pro styk se vzduchovým médiem a v dolní části dolní rotor s dolními lopatkami uzpůsobenými pro styk s vodním médiem. Horní rotor obsahuje horní stavěči hřídel, který je otočně uložen na dutém

-5 CZ 307925 B6 sloupu a spřažen s horním nastavovacím ústrojím. Dolní rotor obsahuje dolní stavěči hřídel, který je na dutém sloupu uložen otočně a současně suvně a je spřažen s dolním nastavovacím ústrojím. Horní unášeč je pevně spojen s rotační částí horního generátoru a dolní unášeč je pevně spojen s rotační částí dolního generátoru. S dutým sloupem je pevně spojena stacionární část horního generátoru, zatímco stacionární část dolního generátoru je na dutém sloupu uložena suvně.

V případě plovoucí turbíny základna obsahuje plovací ponton, na němž je ukotven alespoň jeden dutý sloup, v jehož horní části je usazen horní rotor s horními lopatkami uzpůsobenými pro styk se vzduchovým médiem a horním pohonným hřídelem otočně uloženým v dutém sloupu. Horní pohonný hřídel je spřažen s generátorem upevněným k pontonu. Pod pontonem je upraven na pontonu zavěšený alespoň jeden dolní rotor s dolními lopatkami uzpůsobenými pro styk s vodním médiem a orientovanými svými osami kolmo k čáře ponoru pontonu. S osami dolních lopatek je rovnoběžný i dolní pohonný hřídel, který je spřažen s motor-generátorem připevněným k pontonu.

I u dalšího typu plovoucí turbíny základna obsahuje plovací ponton, na němž je ukotven alespoň jeden dutý sloup, v jehož horní části je usazen horní rotor. Horní rotor je opatřen jednak horními lopatkami uzpůsobenými pro styk se vzduchovým médiem a jednak horním pohonným hřídelem otočně uloženým v dutém sloupu. Horní pohonný hřídel je spřažen s generátorem upevněným k pontonu. Horní centrální kolo je spřaženo s nastavovacím ústrojím ukotveným na dutém sloupu. Na pontonu je otočně uložen alespoň jeden závěsný sloup, který je orientován pod čáru ponoru a který je spřažen s natáčecím a aretovacím ústrojím upevněným k pontonu. K závěsnému sloupu je nehybně připevněna stacionární část motor-generátoru, jehož rotační část je napojena na dolní pohonný hřídel dolního rotoru tak, že dolní pohonný hřídel i dolní lopatky, uzpůsobené pro styk s vodním médiem, mají osy rovnoběžné s čárou ponoru pontonu.

Neobjemový tekutinový stroj v jakékoliv aplikaci se vyznačuje jednoduchou konstrukcí, a tím nízkými pořizovacími náklady S jednoduchostí souvisí snadná a laciná údržba. K těmto výhodám se přičleňuje i vysoká účinnost jak ve vzdušném, tak vodním prostředí.

Objasnění výkresů

Na připojeném výkrese jsou schematicky znázorněny příklady provedení neobjemového tekutinového stroje podle vynálezu, kde značí obr. 1 nárysný pohled na aplikaci do podoby vodní nebo vzduchové turbíny, obr. 2 půdorysný pohled na turbínu z obr. 1, obr. 3 nárysný pohled na řiditelnou vzduchovou turbínu, obr. 4 půdorysný pohled na turbínu z obr. 3, obr. 5 nárysný pohled na otočnou verzi vzduchové turbíny, obr. 6 nárysný pohled na otočnou verzi vzduchové turbíny s naklápěcím sloupem, obr. 7 nárysný pohled na vzduchovou turbínu s možností individuálního nastavování lopatek, obr. 8 půdorysný pohled na turbínu z obr. 7, obr. 9 nárysný pohled na turbínu s kuželovým ozubením konstantní kinematické vazby, obr. 10 půdorysný pohled na turbínu z obr. 9, obr. 11 nárysný pohled na turbínu s mimoběžnými osami satelitů, obr. 12 nárysný pohled na lodní poháněči ústrojí se svislými lopatkami, obr. 13 půdorysný pohled na poháněči ústrojí z obr. 12, obr. 14 nárysný pohled na lodní poháněči ústrojí s mimoběžnými lopatkami, obr. 15 půdorysný pohled na poháněči ústrojí z obr. 14, obr. 16 nárysný pohled na zdvojené lodní poháněči ústrojí, obr. 17 bokorysný pohled na zdvojené lodní poháněči ústrojí z obr. 16, obr. 18 nárysný pohled na boční lodní poháněči ústrojí typu kolesa, obr. 19 nárysný pohled na boční lodní poháněči ústrojí typu kolesa s úpravou pro mělkou i hlubokou vodu, obr. 20 bokorysný pohled na lodní koleso se čtyřmi lopatkami, obr. 21 nárysný pohled na vzduchovou turbínu použitou ve formě trojstěžníku pro pohon plachetnice, obr. 22 půdorysný pohled na trojstěžník z obr. 21, obr. 23 nárysný pohled na lodní poháněči ústrojí s pohonem vzduchovou turbínou, obr. 24 nárysný pohled na neobjemový tekutinový stroj použitý k pohonu obojživelného vozidla, obr. 25 bokorysný pohled na pohon obojživelného vozidla z obr. 24, obr. 26 nárysný pohled na aplikaci neobjemového tekutinového stroje do podoby upoutaného balónu, obr. 27 bokorysný pohled na balón z obr. 26, obr. 28 nárysný pohled na létající stroj typu volného

-6CZ 307925 B6 balónu, obr. 29 bokorysný pohled na balón z obr. 28, obr. 30 nárysný pohled na vzduchovou turbínu zabudovanou do vznášedla, obr. 31 půdorysný pohled na quadroptéru s postranním pohonem, obr. 32 čelní pohled na quadroptéru s horním podélným pohonem, obr. 33 boční pohled na quadroptéru s předním a zadním pohonem, obr. 34 bokorysný pohled na vodní turbínu pro malé spády, obr. 35 půdorysný pohled na vodní turbínu z obr. 34, obr. 36 bokorysný pohled na pevně zakotvenou vodní hladinovou turbínu, obr. 37 půdorysný pohled na vodní hladinovou turbínu z obr. 36, obr. 38 nárysný pohled na kombinaci pevně zakotvené vodní hladinové turbíny a souosé turbíny vzduchové, obr. 39 půdorysný pohled na kombinaci turbín z obr. 38, obr. 40 bokorysný pohled na neobjemový tekutinový stroj volně umístěný na vodní ploše, obr. 41 bokorysný pohled na neobjemový tekutinový stroj volně umístěný na vodní ploše s odlišnou orientací dolních lopatek než na obr. 40, obr. 42 nárysný pohled na aplikaci neobjemového tekutinového stroje do podoby upoutaného balónu jiné verze, než je na obr. 26, obr. 43 bokorysný pohled na balón z obr. 42.

Příklady uskutečnění vynálezu

Konstrukční provedení:

Neobjemový tekutinový stroj, ať je určený pro činnost ve vzduchu, ve vodě nebo na souši, obsahuje rotor 3 s lopatkami 31 pro přenos náporové síly S z nebo do tekutinového prostředí. Tekutinovým prostředím se myslí vzduch nebo voda, případně též jejich směsi se sněhem, nebo pískem anebo i s bahnem. K přenosu náporové síly S z tekutinového prostředí dochází u hnaných neobjemových tekutinových strojů, jež jsou napojeny na generátor 23 energie, zatímco k přenosu náporové síly S do tekutinového prostředí dochází u hnacích neobjemových tekutinových strojů, jejichž energetickým zdrojem jsou motory 25. Zástupcem první skupiny jsou větrné, resp. vzduchové turbíny, zatímco do druhé skupiny patří např. vodní plavidla nebo létající stroje typu dronu. Pro přenos točivého momentu mezi rotorem 3 a některým energetickým strojem ze skupiny obsahující motor 25, generátor 23 a motor-generátor 24 je každý neobjemový tekutinový stroj opatřen pohonným hřídelem 2, který je spřažen a/nebo uzpůsoben pro spřažení s jedním z uvedených energetických strojů, jak bude uvedeno v následujících příkladech.

Ať se jedná o hnaný nebo hnací neobjemový tekutinový stroj, jeho rotor 3 obsahuje otočný unášeč 4 opatřený alespoň jedním ramenem 43. V příkladech provedení jsou znázorněny unášeče 4 se dvěma rameny 43 (obr. 1, 2), se třemi rameny 43 (obr. 32), se čtyřmi rameny 43 (obr. 20) nebo šesti rameny 43 (obr. 37, 39). K centrální části 41 ramena 43 je kolmo k rovině pohybu unášeče 4 připevněn pohonný hřídel 2.

V oblasti centrální části 41 ramena 43 je současně okolo osy 21 pohonného hřídele 2 vytvořena otočná vazba centrálního kola 6 a pohonného hřídele 2. Tato otočná vazba centrálního kola 6 s pohonným hřídelem 2 obsahuje nejčastěji stavěči hřídel 61. Existuje však i provedení otočné vazby bez stavěcího hřídele 61 (obr. 30). Otočná vazba se stavěcím hřídelem 61 může být dvojího provedení. V rámci jednoho provedení je pohonný hřídel 2 otočně uložen ve stavěcím hřídeli 61 (obr. 1), v rámci jiného provedení je naopak stavěči hřídel 61 otočně uložen v pohonném hřídeli 2 (obr. 28).

V obou případech je stavěči hřídel 61 centricky uložen vzhledem k pohonnému hřídeli 2 a pevně spojen s centrálním kolem 6.

Na vnějším konci 42 každého ramena 43 je v satelitním ložisku 53 otočně uložen satelit 5. K satelitu 5 je prostřednictvím čepu 52 souose připevněna lopatka 31. Její materiál a provedení závisí na prostředí, v němž se lopatka 31 bude pohybovat. Satelit 5 je spřažen s centrálním kolem 6 konstantní kinematickou vazbou 7. Ať je její tělesné provedení jakékoliv, konstantní kinematická vazba 7 vykazuje ve většině případů převodový poměr 2 : 1 s otáčkami satelitu 5 dopomala v opačném smyslu b, než je smysl c otáčení unášeče 4.

-7 CZ 307925 B6

Součástí neobjemového tekutinového stroje je základna 1, která je uzpůsobena pro uložení pohonného hřídele 2. Uložení je realizováno buď přímo prostřednictvím kotevního ložiska 11 (obr. 1), patního ložiska 83 (obr. 11), nebo prostřednictvím dalších součástí (obr. 28).

Centrální kolo 6, které je základem konstantní kinematické vazby 7, je vzhledem k základně 1 ustaveno do jedné ze tří pohybových konfigurací. V první konfiguraci je nehybné (obr. 5), ve druhé konfiguraci je uzpůsobeno pro natočení a následné znehybnění (obr. 1) a ve třetí konfiguraci je uzpůsobeno pro řízené vratné natáčení oběma směry.

V případě aplikace pohonného hřídele 2 a stavěcího hřídele 61 je v rámci druhé pohybové konfigurace stavěči hřídel 61 spřažen s nastavovacím ústrojím 8, které je uloženo na základně E Toto nastavovací ústrojí 8 je uzpůsobeno nejen pro znehybnění centrálního kola 6, ale i pro jeho natočení o úhel, který vyžadují provozní poměry, zejména regulace výkonu, jak bude vysvětleno v části popisující funkci stroje.

Nastavovací ústrojí 8 může být tvořeno manuálně přestavovatelným ústrojím typu samosvomého šroubového mechanismu, ale je výhodnější, jestliže obsahuje servomechanismus 81, který je uložen na základně 1 a který je uzpůsoben pro natočení stavěcího hřídele 61 a jeho zaaretování vzhledem k základně 1 (obr. 10).

Má-li být nastavovací ústrojí 8 schopno v rámci třetí pohybové konfigurace řízené vratně natáčet centrální kolo 6, je toto nastavovací ústrojí 8, resp. jeho servomechanismus 81 spřažen se senzorem 73 točivého momentu (obr. 1), který je upraven alespoň na jednom prvku ze skupiny obsahující rameno 43 unášeče 4 a pohonný hřídel 2. Senzor 73 je spřažen s nastavovacím ústrojím 8 prostřednictvím jednoho z komunikačních prvků patřících do skupiny, která obsahuje jednak řídicí počítač a jednak komunikační protokol s internetem věcí loT.

Dosud uvedenými typy nastavovacího ústrojí 8 lze osově natočit všechny satelity 5, a tím i lopatky 31, shodný úhel vůči úhlu natočení příslušného ramene 43 unášeče 4. Je-li však, zejména za účelem vyladění vyšší účinnosti přenosu energie, potřeba nastavit každou z lopatek 31 o jiný, neshodný úhel (obr. 7), je centrální kolo 6 rozčleněno na souosé shodné segmenty 62, z nichž každý segment 62 je pevně spojen se svým stavěcím hřídelem 61. Nastavovací ústrojí 8 obsahuje servomechanismy 81 o počtu shodném s počtem segmentů 62. Nastavovací ústrojí 8 je tak uzpůsobeno pro nezávislé pootáčení stavěčích hřídelů 61 a jejich zaaretování vzhledem k základně 1, případně o vratné natáčení stavěčích hřídelů 61 vzhledem k základně 1.

V rámci jiné podoby natáčení lopatek 31, a to zejména u vzduchových turbín, je pohonný hřídel 2 excentricky otočně uložen v centrálním kole 6, které je upevněno na jednom konci výložníku 12 (obr. 3). Roztečný průměr centrálního kola 6 je poloviční oproti roztečnému průměru satelitu 5. Excentricita p je určena vzdáleností osy 21 pohonného hřídele 2 od osy 64 centrálního kola 6. Druhý konec výložníku 12 je otočně uložen s výhodou na dutém sloupu 18 pevně ukotveném v základně E Vnitřkem dutého sloupu 18 lze vést řídicí kabel. Dutý sloup 18 je rovnoběžný s pohonným hřídelem 2. Na základně 1 je uloženo nastavovací ústrojí 8 opatřené neznázoměným servomechanismem 81, který je uzpůsoben pro pootáčení výložníku 12 a jeho zaaretování vzhledem k základně E Vnější konec 42 každého ramena 43 unášeče 4 je uložen suvně v radiálním směru vzhledem k centrální části 41. Současně vnější konec 42 ramena 43 je s centrální částí 41 propojen pružinou 44 se silovými účinky pro bezprokluzový záběr konstantní kinematické vazby 7. V uvedeném příkladu provedení se jedná o tlačnou pružinu 44, která napíná ozubené řemeny jakožto jeden typ konstantní kinematické vazby 7. Pohonný hřídel 2 je převodovým ústrojím 22 spřažen s generátorem 23, který je v rámci možné aplikace spojen s akumulátorem 28.

Konstantní kinematická vazba 7 mezi centrálním kolem 6 a satelitem 5 může být tvořena různými prvky. Tam, kde stavěči hřídel 61 je rovnoběžný s osou satelitu 5, výhodné provedení spočívá v

-8CZ 307925 B6 použití bezprokluzových nekonečných členů 71, z nichž každý je ob veden kolem centrálního kola 6 a nejméně jednoho satelitu 5. Provedení s pohonem jediného satelitu 5 je aplikováno u unášeče 4, který je opatřen dvěma rameny 43 (obr. 1), i u unášeče 4, který obsahuje tři ramena 43 (obr. 7), a též u unášeče 4, který obsahuje šest ramen 43 (obr. 39). V jiných případech, kdy unášeč 4 je opatřen čtyřmi, resp. šesti rameny 43 (obr. 20, 37), konstantní kinematická vazba 7 je s výhodou tvořena bezprokluzovým nekonečným členem 71, kterým je opásáno centrální kolo 6 a dva, resp. tři satelity 5. Bezprokluzový nekonečný člen 71 může být tvořen řetězem, ale zejména z hmotnostního hlediska je výhodné, je-li bezprokluzovým nekonečným členem 71 ozubený pás.

Jiné provedení konstantní kinematické vazby 7 je založeno na použití ozubených kol. V tomto případě konstantní kinematická vazba 7 obsahuje lichý počet vložených kol 72, jimiž je propojeno centrální kolo 6 se satelitem 5 (obr. 9, 11, 12 a 14). V příkladech provedení je aplikováno jen jedno vložené kolo 72 v řetězci každé konstantní kinematické vazby 7.

Ozubení, jímž je opatřeno vložené kolo 72, centrální kolo 6 i satelit 5, je v některých případech provedeno jako čelní (obr. 12), v jiných případech jako kuželové (obr. 9, 11, 14). Čelní ozubení lze použít pouze v případech, kdy osy 51 satelitů 5 jsou navzájem rovnoběžné (obr. 12), a jsou tudíž rovnoběžné i s osou 64 centrálního kola 6, resp. s osou 21 pohonného hřídele 2. Naproti tomu kuželové ozubení nutno použít v případech, kdy osy 51 satelitů 5 jsou mimoběžné jak navzájem, tak i vzhledem k ose 21 pohonného hřídele 2 (obr. 11 a 14). Kuželové ozubení lze ale použít i v případech, kdy osy 51 satelitů 5 jsou rovnoběžné (obr. 9).

Dosud popsané konstrukční znaky jsou aplikovatelné u neobjemových tekutinových strojů jak pro vzdušné, tak pro vodní prostředí. Na obr. 9 a 11 jsou znázorněny vzduchové turbíny zakotvené do země. Tyto turbíny jsou pro účel regulace výkonu opatřeny nastavovacím ústrojím 8 natáčejícím stavěči hřídel 61 jako celek, zatímco na obr. 7 je znázorněna vzduchová turbína s individuálním natáčením lopatek 31. Pro přenos výkonu na neznázoměný generátor je u vzduchových turbín podle obr. 9 a 11 upraveno pohonné kolo 26, zatímco vzduchová turbína podle obr. 7 je opatřena přímo napojeným generátorem 23. Stejně tak je znázorněn generátor 23 spřažený, resp. přímo napojený na pohonný hřídel 2 u vzduchové turbíny podle obr. 3. U této turbíny je znázorněno využití náporové síly S větru nejen v generátoru 23, ale i např. ve vzduchovém akumulátoru 28. Točivý moment z pohonného hřídele 2 je dále možno prostřednictvím převodového ústrojí 22 přenést na neznázoměné poháněné zařízení.

Obdobně jsou vytvořena lodní poháněči ústrojí (obr. 1, 12, 14) s tím rozdílem, že u vzduchových turbín jsou lopatky 31 vytrčeny směrem vzhůru, zatímco u lodí jsou spuštěny dolů do vody. Shodnými znaky je ale skutečnost, že jak u některých typů vzdušných turbín, tak u některých typů lodních poháněčích ústrojí jsou osy 51 satelitů 5 mimoběžné (obr. 11, 14), u jiných rovnoběžné (obr. 1, 9, 12). Ve shodném sklonu s osami 51 satelitů 5 jsou skloněny i lopatky 31. Lopatky 31 jsou ve většině případů tvořeny tuhými deskami. U vzduchových turbín však mohou být tvořeny též rámem 32, na němž je napnuta plachta 33 (obr. 8, 22).

Při volbě ústrojí pro regulaci výkonu je u vzduchových turbín důležité, jaký směr má pohonný hřídel 2. U svislých pohonných hřídelů 2 je s výhodou použito nastavovací ústrojí 8 spřažené se stavěcím hřídelem 61, zatímco u vodorovného pohonného hřídele 2 podle obr. 5 je pohonný hřídel 2 otočně uložen přímo v centrálním kole 6, které je připevněno k základně 1. Na základně 1 je ustaven generátor 23, který je spřažen s pohonným hřídelem 2. Při staticky i dynamicky výhodném provedení jsou na základně 1 symetricky uloženy dva pohonné hřídele 2, každý se svým rotorem 3. Základna 1 je upevněna na pevném sloupu 84, který je kolmý k pohonnému hřídeli 2. Pevný sloup 84 je otočně uložen v patním ložisku 83, jež je ukotveno do nehybného podkladu 9, zejména do země. Pevný sloup 84 je opatřen natáčecím a aretovacím ústrojím 82, jehož působením je prováděna regulace výkonu.

K regulaci výkonu neobjemového tekutinového stroje typu vzdušné turbíny se svislým stavěcím hřídelem 61 buď celistvým, nebo sestaveným z jednotlivých segmentů 62 (obr. 7), kde pohonný

-9CZ 307925 B6 hřídel 2 je spřažen s generátorem 23 usazeným na základně 1, lze zejména pro menší vzdušné turbíny použít úpravu (obr. 6), v jejímž rámci je základna 1 upevněna k vrchnímu dílu 87 stožáru. Spodní díl 88 stožáru je uložen na nehybném podkladu 9 buď pevně, nebo s možností natočení, a s vrchním dílem 87 je spojen prostřednictvím kloubu 85. Mezi vrchním dílem 87 a spodním dílem 88 stožáru je uspořádáno naklápěcí ústrojí 86.

Bylo uvedeno, že tekutinový neobjemový stroj nalezne uplatnění též při pohonu lodí. Jedno provedení lodního poháněcího ústrojí spočívá v tom, že pohonný hřídel 2 má v podstatě vodorovnou polohu a je centricky otočně uložen ve stavěcím hřídeli 61 (obr. 16). Stavěči hřídel 61 je spolu s centrálním kolem 6 upevněn ke spodnímu konci postranice 14. Horní konec postranice 14 je výkyvné spojen se základnou 1, která je upravena v neznázoměném trupu 95 lodi. K hornímu konci postranice 14 je upevněn motor 25, který je převodovým ústrojím 22 spřažen s pohonným hřídelem 2. V případě umístění lodního poháněcího ústrojí na zádi je výhodné, zatímco v případě umístění na boku je nezbytné, že lodní poháněči ústrojí obsahuje dva symetrické rotory 3, jejichž lopatky 31 jsou v provozním stavu zcela ponořeny pod vodní hladinu H.

Jiný typ lodního poháněcího ústrojí využívajícího neobjemový tekutinový stroj podle vynálezu je uzpůsoben pro boční pohon lodi (obr. 18). Pohonný hřídel 2 má v podstatě vodorovnou polohu a je otočně uložen v základně 1, která je upravena v trupu 95 lodi. Na základně 1 je současně usazen motor 25, který je převodovým ústrojím 22 spřažen s pohonným hřídelem 2. Na pohonném hřídeli 2 je otočně uložen stavěči hřídel 61 a na něm rovněž otočně unášeč 4. Stavěči hřídel 61 je stejně jako v některých jiných aplikacích spřažen s nastavovacím ústrojím 8. Unášeč 4 může být opatřen dvěma, nebo více rameny 43 (obr. 20), a tím pádem stejným počtem lopatek 31.

Popsané lodní poháněči ústrojí je vhodné pro vodu o stálé, resp. dostatečně velké hloubce. Při kolísavé hloubce vody je před nájezdem na mělkou vodu nutno rotor 3 zdvihnout. I v tomto provedení je pohonný hřídel 2 otočně uložen ve stavěcím hřídeli 61. Stavěči hřídel 61 je otočně uložen ve výložníku 12. Pro účel zvednutí rotoru 3 je výložník 12 prostřednictvím otočného uložení 89 usazen v základně 1, která je upravena v trupu 95 (obr. 19). Výložník 12 je spřažen s natáčecím a aretovacím ústrojím 82, které je uzpůsobeno pro natočení výložníku 12 v otočném uložení 89. Na základně 1 je uložen motor 25, který je spřažen s pohonným hřídelem 2. Za tím účelem je ve výložníku 12 uspořádáno převodní ústrojí 66 mezi pohonným hřídelem 2 a paralelním hřídelem 29 spřaženým s motorem 25. Ve výložníku 12 je dále upraveno nastavovací ústrojí 8, které je spřaženo se stavěcím hřídelem 61.

Jestliže dosud popsaná lodní poháněči ústrojí byla pro pohyb lopatek 31 opatřena motory 25, pak v provedení podle obr. 23 je k pohonu lodi použito energie větru, která je převedena do pohybové energie dolních lopatek 31 ponořených do vody. Za tím účelem neobjemový tekutinový stroj obsahuje horní rotor 3', činný jako vzduchová turbína, a spodní rotor 3, který je součástí lodního poháněcího ústrojí. Pohonný hřídel 2 je ve svislé poloze otočně uložen na základně 1, která je usazena do trupu 95 lodi. Na horním konci pohonného hřídele 2 je otočně uložen horní stavěči hřídel 61' s horním nastavovacím ústrojím 8'. Na dolním konci pohonného hřídele 2 je otočně uložen dolní stavěči hřídel 61 s dolním nastavovacím ústrojím 8. Pohonný hřídel 2 je spřažen s motor-generátorem 24, sloužícím jednak jako rezerva plavebního výkonu při slabém větru anebo při větší žádané rychlosti lodi, a jednak sloužícím k možnosti ukládání přebytečné energie při silném větru anebo při kotvení lodi. Pohonný hřídel 2 je pevně spojen na horním konci s horním rotorem 3' uzpůsobeným pro přenos náporové síly S z proudícího vzduchu a na dolním konci s dolním rotorem 3 uzpůsobeným pro přenos náporové síly S do vody.

Energie větru je využito i u další aplikace neobjemového tekutinového stroje, a to jako plachetnice. Neobjemový tekutinový stroj obsahuje nejméně jeden, s výhodou stability plachet 33 tri rotory 3, jejichž stavěči hřídele 61 jsou uloženy v patních ložiskách 83 upravených na základně 1 včleněné do neznázoměného trupu 95 lodi. S každým stavěcím hřídelem 61 je

- 10CZ 307925 B6 spřaženo nastavovací ústrojí 8. Pohonný hřídel 2 je spřažen převodovým ústrojím 22 s motorgenerátorem 24. Každý čep 52 satelitu 5 je kloubově spojen se spodní částí plachty 33 coby lopatky 31. Nosným prvkem plachty 33 je stěžeň 34, jehož spodek je součástí kloubového spojení se satelitem 5, přičemž horní části plachet, resp. jejich stěžňů 34, jsou zakotveny do společného kloubu 85. V příkladu provedení neobjemový tekutinový stroj obsahuje tři rotory 3 (obr. 21, 22), které jsou umístěny na neznázoměné palubě. Rotory 3 jsou konfigurovány tak, že osy 61 jejich stavěčích hřídelů 6 jsou umístěny v myšlených hranách pravidelného jehlanu, nejlépe trojhranného, což je z konstrukčního hlediska optimální počet pro jejich stabilitu.

Dosud známá obojživelná vozidla měla rozdílné poháněči orgány pro pohyb na suchu a ve vodě. U neobjemového tekutinového stroje využitého jako obojživelný dopravní stroj podle příkladu provedení znázorněného na obr. 25 a 24 lze použít jedny a tytéž lopatky 31 pro obě prostředí. Za tím účelem pohonný hřídel 2 o vodorovné poloze je spřažen s motor-generátorem 24, který je uložen na základně 1 vestavěné do trupu 95 obojživelného dopravního stroje. Nastavovací ústrojí 8 je umístěno na základně 1 a unášeč 4 je tvořen utěsněnou skříní 45. Pro bezkolízni pohyb na souši je vzdálenost i osy 21 pohonného hřídele 2 od spodku 92 trupu 95 menší, než je součet velikosti poloměru r unášeče 4 a poloviční tloušťky t lopatky 31. Lopatky 31 mají podobu zploštělých pneumatik, které jsou jak odolné pro pohyb na souši, tak zároveň vhodné pro pohyb ve vodě.

Neobjemový tekutinový stroj podle vynálezu lze využít např. i k výrobě energie, zejména elektrické nebo vzduchové, a to prostřednictvím upoutaného balonu. V tomto případě unášeč 4 obsahuje nejméně dvě ramena 43 a stavěči hřídel 61 je centricky otočně uložen v pohonném hřídeli 2 (obr. 26, 27). Stavěči hřídel 61 je zde zakreslen ve fixní poloze bez nastavovacího ústrojí 8, což u upoutaného balónu zpravidla vyhovuje, a to zejména v rovinatém terénu při povětšině vodorovném směru větru. Při umístění balónu v kopcovitém terénu je výhodné zařízení doplnit o nastavovací ústrojí 8, umožňující řízené reagovat na změny směru větru buď ze svahu dolů, nebo do svahu nahoru. Ke stavěcímu hřídeli 61 je připojena základna 1, a to tak, že stavěči hřídel 61 je buď pevně, nebo otočně pomocí nastavovacího ústrojí 8 se základnou 1 spojen. K základně 1 je připevněna stacionární část 63 generátoru 23. U generátoru 23 elektrického proudu je stacionární částí 63 stator dynama nebo alternátoru, zatímco u kompresoru se jedná o jeho skříň. S pohonným hřídelem 2 je spojena rotační část 65 generátoru 23, kterou je kotva u elektrického stroje, resp. rotační část vzduchového kompresoru. Generátor 23 je vázacím ohebným energovodným prostředkem 97 spojen s pod základnou 1 uspořádanou překlenovací spojnicí 96, která je otočně uložena v patním ložisku 83 pevně zakotveném do nehybného podkladu 9. Energovodným prostředkem 97 je elektrovodné lano nebo vzduchová hadice. Lopatky 31 mohou mít v některých případech nižší jednotkovou hmotnost než vzduch, v jiných nikoliv, zejména mají-li štíhlý průřez.

Další verze uplatnění neobjemového tekutinového stroje k výrobě energie je na obr. 42, 43. Jedná se zde rovněž o upoutaný balon pro výrobu energie, který je však vhodný pro maté výšky. Například na návětmém svahu v blízkosti zástavby lze z tohoto balónu výhodnější přenášet energii dolů nikoliv dvěma tažnými elektro-vodivými lany nebo vzducho-vodivými hadicemi, ale mechanicky dvěma řemenovými převody. Má to své výhody v oblastí silnějších přízemních větrů, a to zejména proto, že lopatky 31 nesou mnohem menší zátěž bez generátorů 23, mohou být lehčí, plošší, a tím i účinnější. Konstrukce je obdobná jako v předcházejícím případě, takže unášeč 4 obsahuje nejméně dvě ramena 43 a každý stavěči hřídel 61 je centricky otočně uložen v pohonném hřídeli 2. S pohonným hřídelem 2 je pevně spojeno pohonné kolo 26, které je převodovým ústrojím v podobě řemene spřaženo s generátorem 23. Oba stavěči hřídele 61 musejí mít i zde řízenou polohu vůči pevné podložce (zemi), což je řešeno tak, že o řemen převodového ústrojí 22 je kluzně opřeno závaží 69, které je připevněno ke stavěcímu hřídeli 61. Závaží 69 obsahuje kluzná nebo valivá tělíska, která se smýkají či valí po tělese řemenu. Generátor 23 je kolmo ke své ose otočně uložen v patním ložisku 83 pevně zakotveném do nehybného podkladu 9.

- 11 CZ 307925 B6

Neobjemový tekutinový stroj nalezne uplatnění i jako létající stroj na způsob balonu (obr. 28, 29). Při této aplikaci stroj obsahuje dva unášeče 4, z nichž jeden je umístěn ve směru letu na levém a druhý na pravém boku a oba jsou navzájem propojeny průchozími čepy 52. Každý z obou unášečů 4 má nejméně dvě ramena 43, na jejichž koncích jsou satelity 5 s lopatkami 31, přičemž každý z unášečů 4 je napojen na samostatné ústrojí konstantní kinematické vazby 7. U každého z unášečů 4 je uspořádán jemu příslušející stavěči hřídel 61, který je centricky otočně uložen v pohonném hřídeli 2. Na stavěcím hřídeli 61 je zavěšena postranice 14, která je spojena s motorem 25, nebo motorik generátorem 24, který je převodovým ústrojím 22 spřažen s pohonným hřídelem 2. Pod základnou 1 je zavěšena gondola 98. Lopatky 31 mají nižší jednotkovou hmotnost než vzduch.

Vedle balonů lze neobjemové tekutinové stroje podle vynálezu použít jako pohonnou jednotku letadel typu dronů apod. V jedné alternativě (obr. 31) je neobjemový tekutinový stroj uspořádán tak, že pohonný hřídel 2 je spřažen s motor-generátorem 24, který je uložen na základně 1, na níž je současně ukotveno nastavovací ústrojí 8. Pohonný hřídel 2 je umístěn ve shodné rovině s rovnoběžným pohonným hřídelem 2 alespoň jednoho dalšího rotoru 3 shodného, leč zrcadlového provedení. Základny 1 všech rotorů 3 jsou symetricky rozmístěny na horní části kokpitu 93. Unášeče 4 rotorů 3 jsou umístěny podél boků kokpitu 93, přičemž pohonné hřídele 2 mají směr kolmý ke směru m pohybu kokpitu 93. Stability letu se výhodně dosáhne aplikací čtyř rotorů 3 se shodnými parametry.

V jiné alternativě dronu (obr. 32, 33) je k základně 1 s otočně uloženým pohonným hřídelem 2 připevněno ráhno 94, pod nímž je zavěšen kokpit 93. K ráhnu 94 je připevněn motor 25, který je spřažen převodovým ústrojím 22 s pohonným hřídelem 2. Kokpit 93 je opatřen druhým ráhnem 94, jež je symetricky vystrojeno druhým rotorem 3 spřaženým pomocí druhého převodového ústrojí 22 s druhým motorem 25. V rámci jedné aplikace (obr. 33) pohonné hřídele 2 mají směr kolmý ke směru m pohybu kokpitu 93, přičemž je uspořádán nejméně jeden rotor 3 nad přední částí kokpitu 93 a nejméně jeden rotor 3 nad zadní častí kokpitu 93. V rámci jiné aplikace (obr. 32) pohonné hřídele 2 mají směr rovnoběžný se směrem m pohybu kokpitu 93, přičemž alespoň jedna dvojice paralelně uspořádaných rotorů 3 je umístěna nad kokpitem 93.

Neobjemový tekutinový stroj nemusí být využit jen k létání, ale i jako vzdušný ponton, který je schopen letu a zastavení se ve vzduchu. To má smysl např. při záchranných operacích nebo i jen při tvorbě dočasného přemostění např. řeky nebo jiné překážky. Za tím účelem je po každé straně tohoto vzdušného pontonu uspořádán nejméně jeden unášeč 4, každý s nejméně dvěma, lépe však se třemi rameny 43 (obr. 30). Pohonný hřídel 2 každého z unášečů 4 je otočně uložen jednak v základně 1. a jednak v centrálním kole 6. S každým centrálním kolem 6 je spřaženo nastavovací ústrojí 8 ukotvené na základně 1. Pod základnou 1 je zavěšena postranice 14, která je propojena překlenovací spojnicí 96 s protilehlou postranicí 14, umístěnou na protilehlé straně vzdušného pontonu. Překlenovací spojnice 96 může mít podle účelu použití různý tvar. Může se jednat o mostovku, nebo transportní, záchrannou, pracovní, případně vyhlídkovou plošinu apod. K překlenovací spojnici 96 nebo k postranicí 14 je uchycen motor 25. Motor 25 je převodovým ústrojím 22 spřažen s pohonným hřídelem 2.

Neobjemový tekutinový stroj podle vynálezu lze využít i k výrobě zejména elektrické energie v různých druzích vod. Jedná-li se např. o přepadovou vodu na říčních jezech, tj. vodu s malým spádem, která je vedena žlabem 99 (obr. 34, 35), je stavěči hřídel 61 pevně připojen ke žlabu 99. Žlab 99 je upevněn k základně 1. Lopatky 31 jsou vnořeny do žlabu 99, přičemž pohonný hřídel 2 je spojen s generátorem 23, který je upevněn k základně 1.

Neobjemový tekutinový stroj v aplikaci na vodní hladinovou turbínu jak pro klidnou tekoucí vodu, tak pro využití energie mořských vln zejména při příboji, je charakterizován tím, že (obr. 36, 37) základna 1 má tvar dutého sloupu 18, jehož horní část je obklopena unášečem 4 s lopatkami 31 nasměrovanými ke spodní části dutého sloupu 18. Lopatky 31 jsou uzpůsobeny pro ponoření pod vodní hladinu H. Pohonný hřídel 2 má podobu rotační části generátoru 23, která je

- 12CZ 307925 B6 pevně spřažena s unášečem 4. Stacionární část generátoru 23 je pevně spojena s dutým sloupem

18. U horního konce dutého sloupu 18 je na jeho vnějšku otočně uložen stavěči hřídel 61, proti němuž je k dutému sloupu 18 připevněno nastavovací ústrojí 8. Dolní konec dutého sloupu 18 je uzpůsoben pro zapuštění do vodního dna prostřednictvím podstavy 17. Při tomto uspořádání je generátor 23 uzpůsoben pro umístění nad vodní hladinu H. Vnitřek dutého sloupu 18 slouží pro vložení kabelu odvádějícího vyrobenou energii.

Jiná alternativa pevně zakotveného neobjemového tekutinového stroje (obr. 38, 39) má základnu 1 rovněž ve tvaru dutého sloupu 18, který je uzpůsoben pro zapuštění do vodního dna prostřednictvím podstavy 17. Na dutém sloupu 18 je usazen v horní části horní rotor 3' s horními lopatkami 3Γ. uzpůsobenými pro styk se vzduchovým médiem, a v dolní části dolní rotor 3 s dolními lopatkami 31, uzpůsobenými pro styk s vodním médiem (obr. 38, 39). Horní rotor 3' obsahuje horní stavěči hřídel 6Γ, který je otočně uložen na dutém sloupu 18 a spřažen s horním nastavovacím ústrojím 8'. Dolní rotor 3 obsahuje dolní stavěči hřídel 61. který je na dutém sloupu 18 uložen otočně a současně suvně a je spřažen s dolním nastavovacím ústrojím 8. Suvné uložení je realizováno drážkovaným spojením. Horní unášeč 4'je pevně spojen s rotační částí 65 horního generátoru 23'. Dolní unášeč 4 je pevně spojen s rotační částí 65 dolního generátoru 23. S dutým sloupem 18 je pevně spojena stacionární část 63 horního generátoru 23’, zatímco stacionární část 63 dolního generátoru 23 je na dutém sloupu 18 uložena suvně. Dolní lopatky 31 jsou duté, vodotěsné, naplněné vzduchem a svým svislým suvným pohybem umožňují trvale zaujmout plovoucí pozici vzhledem k výškově se měnící hladině H. Nejnižší pozice dolního rotoru 3, resp. dolních lopatek 31. je vymezena zarážkou 68.

Neobjemový tekutinový stroj uzpůsobený pro umístění na hladinu H je opatřen základnou 1, která obsahuje plovací ponton 19, na němž je ukotven alespoň jeden dutý sloup 18, což je znázorněno na obr. 40. Ponton 19 má menší hustotu než voda. V horní části dutého sloupu 18 je usazen alespoň jeden horní rotor 3' s horními lopatkami 3Γ. uzpůsobenými pro styk se vzduchovým médiem, a horním pohonným hřídelem 2' otočně uloženým v dutém sloupu 18. Horní pohonný hřídel 2' je spřažen s generátorem 23 upevněným k pontonu 19. Pod pontonem 19 je zavěšen alespoň jeden dolní rotor 3 s dolními lopatkami 31. uzpůsobenými pro styk s vodním médiem. Dolní lopatky 31 jsou orientovány svými osami kolmo k čáře ponoru pontonu

19, přičemž mohou být duté a pro účel regulace ponoru uzpůsobeny pro řízené naplnění vodou. S dolními lopatkami 31. resp. s jejich osami, je rovnoběžný dolní pohonný hřídel 2, který je spřažen s motor-generátorem 24 připevněným k pontonu 19. Výhodné provedení spočívá v instalaci tří dolních rotorů 3 a tří motor-generátorů 24.

Neobjemový tekutinový stroj v plovací verzi určené k výrobě elektřiny, ale současně schopné rychlého pohybu po vodní hladině H, je částečně shodný s předchozím provedením, pročež je vybaven (obr. 41) základnou 1, která obsahuje plovací ponton 19, na němž je ukotven alespoň jeden dutý sloup 18. V horní části dutého sloupu 18 je usazen horní rotor 3', opatřený jednak horními lopatkami 3Γ. uzpůsobenými pro styk se vzduchovým médiem a jednak horním pohonným hřídelem 2' otočně uloženým v dutém sloupu 18, přičemž horní pohonný hřídel 2' je spřažen s generátorem 23 upevněným k pontonu 19. Horní centrální kolo 6' je spřaženo s nastavovacím ústrojím 8 ukotveným na dutém sloupu 18. Na pontonu 19 je otočně uložen alespoň jeden závěsný sloup 35, který je orientován pod čáru ponoru a který je spřažen s natáčecím a aretovacím ústrojím 82 upevněným k pontonu 19. V příkladu provedení jsou znázorněny dva závěsné sloupy 35. Ke každému závěsnému sloupu 35 je nehybně připevněna stacionární část motor-generátoru 24, jehož rotační část je napojena na dolní pohonný hřídel 2 dolního rotoru 3. Dolní pohonný hřídel 2 i dolní lopatky 31. resp. jejich osy, jsou rovnoběžné s čárou ponoru pontonu 19. Dolní lopatky 31 jsou uzpůsobeny pro styk s vodním médiem.

Činnost:

Při činnosti vykonávají tekutinové neobjemové stroje podle vynálezu dva základní pohyby. První základní pohyb spočívá v tom, že unášeč 4 se spolu s pohonným hřídelem 2 otáčí kolem osy 21

- 13 CZ 307925 B6 pohonného hřídele 2, která prochází centrální částí 41 unášeče 4 (obr. 1). V centrální části 41 vytvořená otočná vazba pohonného hřídele 2 a centrálního kola 6 je v provedení podle obr. 1 realizována otočným uložením centrálního kola 6 na pohonném hřídeli 2. Druhý základní pohyb nastává na vnějším konci 42 každého ramena 43, kde se v satelitním ložisku 53 otáčí čep 52 pevně spojený s lopatkou 31. Každý čep 52 je pevně spojen se satelitem 5.

Kinematická vazba 7, která je u většiny uvedených strojů konstantní, a to v poměru 2 : 1 dopomala, zajistí natočení lopatky 31 v závislosti na natočení unášeče 4 (obr. 2) tak, že při otáčení unášeče 4 např. ve smyslu c proti chodu hodinových ručiček je smysl b otáčení satelitu 5 opačný. Převodovým poměrem 2 : 1 dopomala se dosáhne toho účinku, že při jedné otáčce ramena 43 unášeče 4 o 360° se lopatka 31 v tomto ramenu 43 otočí o 180°. To je významné proto, že při pootočení ramena 43 o 180° do mezipolohy se lopatka 31 pootočí vzhledem ke svému ramenu 43 o 90°. Tato konfigurace je důležitá pro dosažení vysoké účinnosti neobjemového tekutinového stroje podle vynálezu. Je-li totiž lopatka 31 ve výchozí poloze, dané nulovým úhlem standardního měření proti směru hodinových ručiček, natočena kolmo celou svou plochou na směr náporové síly S, pak v mezipoloze pootočení ramene 43 o 180° je proti náporové síle S obrácena pouze svou hranou, přičemž se pouze velmi málo zmenšuje výsledný točivý moment přenášený do pohonného hřídele 2. Má-li unášeč 4 dvě protilehlá ramena 43, přenáší se tudíž ve výchozí poloze v souladu s obr. 2 na jednu lopatku 31 náporová síla S v plné velikosti, zatímco na druhou lopatku 31 v malé záporné velikosti. V postavení mezi výchozí polohou a mezipolohou, ale i během pohybu unášeče 4 od mezipolohy do výchozí polohy jsou od natáčených lopatek 31 přenášeny do unášeče 4 dílčí převážně kladné točivé momenty. Za podmínky konstantní kinematické vazby 7 v poměru 2 : 1 dopomala jsou uvedené točivé momenty s určitou nepřesností závislé pouze na kosinu úhlu natočení lopatek 31. Součtem dílčích točivých momentů od obou lopatek 31 se získá výsledný točivý moment, který lze znázornit jako výslednici V působící na ramenu 43 unášeče 4.

Uvedená úvaha o výpočtu točivých momentů platí pro ideální podmínky, při nichž má lopatka nekonečně malou tloušťku a rovinný zcela hladký povrch, přičemž součinitel odporu média působícího kolmo na plochu je roven jedné a působícího na nekonečně tenkou hranu je roven nule. Pro reálné podmínky je však výpočet podstatně komplikovanější a příznivý rozklad náporové síly S do točivého momentu pohonného hřídele může být až o několik procent ovlivněn jemnou korekcí natočení lopatek 31 v průběhu otáčení ramena 43. Je to způsobeno zejména tím, že lopatky 31 při svém pohybu ve směru proudu média jsou vystaveny převážně svojí plochou, zatímco při pohybu proti proudu média jsou vystaveny převážně svojí hranou, která však nemá součinitel odporu nulový, ale zcela určitý, zhruba v mezích 0,2 až 0,3. Uvedenou jemnou korekci natočení lopatek 31 lze provést jednak čistě mechanicky, např. již výše uvedeným způsobem znázorněným na obr. 3, 4, anebo pomocí senzoru 73 točivého momentu napojeného na některý z komunikačních prvků, tj. řídicí počítač nebo komunikační protokol s internetem věcí loT.

Zejména v případě vzduchových turbín, ale i při jiných aplikacích, je při regulaci výkonu nutno reagovat na proměnlivý směr náporové síly S a lopatky 31 nastavit do požadované polohy. Za tím účelem se uvolní centrální kolo 6 ze své nehybné polohy a pootočí se o požadovaný nastavovací úhel. Tím se natočí i satelity 5. Po natočení se centrální kolo 6 opět znehybní. V mnoha případech postačí, dojde-li ke shodnému nastavení všech satelitů 5, a tím i lopatek 31. V tomto případě se pomocí nastavovacího ústrojí 8 natočí stavěči hřídel 61, který je pevně spojen s centrálním kolem

6. Nastavovací ústrojí 8 může mít podobu jednoduchého ručně ovládaného mechanismu, ale je výhodnější, je-li nastavovací ústrojí 8 ovládáno servomechanismem 81. Servomechanismus 81 je vhodné ovládat řídicím počítačem zejména v případech, kdy dochází k vratnému natáčení centrálního kola 6, a v případech, kdy nastavení centrálního kola 6 je podřízeno zevním proměnným vlivům, jak je uvedeno v předcházejícím odstavci.

U některých turbín je žádoucí, aby výkon byl nastaven individuálním seřízením polohy jednotlivých lopatek 31, což se provede (obr. 7, 8) jednotlivými servomechanismy 81, kterými se

- 14CZ 307925 B6 natočí jím přiřazené stavěči hřídele 61, a tím pádem jednotlivá centrální kola 6, jejichž nastavovací pohyb se přenese na satelity 5.

U turbíny s výložníkem 12 (obr. 3, 4) se natočením nastavovacího ústrojí 8 ovládaného neznázoměným servomechanismem 81 výhodně nastaví celý rotor 3 po směru větru. Tato úprava je vhodná též u lodního poháněcího ústrojí, jak bude popsáno dále.

Je-li turbína, resp. stroj, opatřena unášečem 4 s proměnnou délkou ramen 43 a centrálním kolem excentricky uloženým na pohonném hřídeli 2 (obr. 3, 4), převodový poměr kinematické vazby se během jedné otáčky rotoru 3 mění. Následkem toho se během této otáčky mění i průběžné nastavování lopatek 31. Tato úprava rotoru 3 je vhodná pro tekutiny se specifickými viskozními vlastnostmi. Bezprokluzovost kinematické vazby 7 je zajištěna účinkem pružin 44.

U vzduchových turbín s vodorovným pohonným hřídelem 2 v provedení podle obr. 5, kde turbína je opatřena dvěma rotory 3 a centrální kolo 6 každého z rotorů 3 je nehybně připevněno k základně 1, se natáčení lopatek 31 vzhledem k náporové síle S větru provádí natáčením sloupu 84 pomocí natáčecího a aretovacího ústrojí 82.

U vzduchových turbín se svislým pohonným hřídelem 2, kde se požaduje dokonalejší nastavení lopatek 31, a tím regulace výkonu turbíny, než jen natočením centrálního kola 6, je možno použít řešení podle obr. 6, kde je využito dvou, popř. tri nezávislých systémů. První systém již byl popsán a využívá buď natáčení společného centrálního kola 6 jediným nastavovacím ústrojím 8, znázorněným na obrázku 1, nebo natáčení každého z j ednotlivých centrálních kol 6 samostatným nastavovacím ústrojím - viz obr. 7. V rámci druhého systému (obr. 6) se ve směru n naklopí vrchní díl 87 stožáru, přičemž naklopení i zafixování v nastavené poloze je zabezpečeno naklápěcím ústrojím 86. Třetím systémem je možno pootočit spodním dílem 88 okolo svislé osy procházející patním ložiskem 83 (viz též obr. 6).

U dosud popsané činnosti jednotlivých tekutinových neobjemových strojů se jednalo o turbíny, převážně vzduchové. Další skupina strojů spadá pod lodní poháněči ústrojí. Jestliže u vzduchových, popř. vodních energetických turbín náporová síla S působí na lopatky 31, kde vyvolává točivý moment na rotoru 3, jenž se přenáší přes pohonný hřídel 2 na generátor 23, popř. akumulátor 28, přičemž složkou točivého momentu je silová výslednice V daná velikostí náporové síly S a geometrické polohy lopatek 31, pak u lodních poháněčích ústrojí se energie z motoru 25, prip. motor-generátoru 24, přenáší do rotoru 3. Na jeho lopatkách 31 vzniká výsledná síla V, která při působení na tekutinové, resp. vodní prostředí je příčinou pohybu plavidla, na němž je lodní poháněči ústrojí namontováno. To je případ z obr. 16 a 17, kde celý rotor 3 je ponořen pod hladinou H. Lopatky 31 jsou seřízeny tak, aby spodní úvratí procházely čelní plochou kolmo ke směru plavby, resp. kolmo ke směru náporové síly S vodního proudu. Naopak v horní úvratí se lopatky 31 natočí tak, že vodnímu proudu kladou jen minimální odpor. Lodní poháněči ústrojí z obr. 16 a 17 má rotor 3, který je vlastně lodním kolesem, opatřený třemi lopatkami 31. V souladu s obr. 20 je možno použít např. i čtyři lopatky 31, ale i jiný jejich počet.

I u lodních poháněčích ústrojí je někdy žádoucí nastavovat lopatky 31 vzhledem k překonávané náporové síle S. To umožňuje úprava podle obr. 18, kde nastavovacím ústrojím 8 se natočí centrální kolo 6 a v závislosti na něm i lopatky 31.

U lodních poháněčích ústrojí pro mělkou vodu (obr. 19) je třeba reagovat na blízkost dna natočením rotoru 3 směrem vzhůru. To umožní natáčecí a aretovací ústrojí 82, kterým se zvedne výložník 12 do požadované úrovně. Nastavovacím ústrojím 8 je možno podle okamžité výkonové potřeby natočit lopatky 31 rotoru 3 obdobně jako u jiných neobjemových tekutinových strojů.

U lodního poháněcího ústrojí využívajícího větru (obr. 23) je činnost každého z obou rotorů 3', 3 stejná jako ve většině předcházejících případů. Pro optimální využití energie větru lze jak horní lopatky 3Γ. tak dolní lopatky 31 natáčet nezávisle na sobě. Pro případ bezvětří je motor

- 15 CZ 307925 B6 generátor 24 využit k dočasnému pohonu, zatímco při příznivém větru lze pomocí něho ukládat do neznázoměného akumulátoru přebytečnou energii otáčejícího se pohonného hřídele 2.

Využití neobjemového tekutinového stroje v podobě plachetnice (obr. 22) je založeno na působení náporové síly S větru na lopatky 31 ve tvaru plachet 33, čímž dojde k vyvození silové výslednice V, jejímž účinkem je pomocí motor-generátoru 24 vyráběna energie. Vyrobená energie je buď dalším, ale nezobrazeným poháněcím neobjemovým tekutinovým strojem, např. v podobě kolesa, využita k pohybu lodi, nebo je při kotvení lodě ukládána do akumulátoru. Tento způsob využití v podobě plachetnice může být variantně realizován i bez uvedeného nezobrazeného poháněcího neobjemového tekutinového stroje, přičemž jsou rotující unášeče 4 a na ně napojené plachty 33 poháněny akumulovanou energií získávanou při občasném zakotvení, nebo při plavbě ve směru silného větru, kdy je energie přebytek. K realizaci by postačoval jen jediný rotor 3 s plachtami 33, ale stěžeň 34 by musel být buď zavětrován, nebo zhotoven z velice pevného materiálu. Při spojení tri rotorů 3 postačují mnohem slabší stěžně 34 bez nutnosti zavětrování.

Obojživelný dopravní stroj (obr. 24, 25) má všechny znaky činnosti jako jiné neobjemové tekutinové stroje. Zvlášť důležité je však u něho seřízení lopatek 31, které při pohybu po souši nebo v povrchové vodě se terénu 91 musí dotýkat obdobně jako pneumatika pozemního vozidla, tj. svou oploštělou stranou. Pro plavbu ve vodě je v závislosti na místních podmínkách žádoucí lopatky 31 natočit a zaaretovat do konfigurace nutné pro vytvoření potřebné náporové síly S. Jako v jiných případech i zde se natáčení a zaaretování lopatek 31 provede nastavovacím ústrojím 8.

Upoutaný balon podle obr. 26 a 27 při otáčení unášeče 4 ve smyslu šipky c uvede do pohybu rotační část 65, zejména kotvu generátoru 23. Tím se ve stacionární části 63 indukuje elektrický proud, který se svede vázacím ohebným energovodným prostředkem 97 k neznázoměnému pozemnímu odběrnímu místu. Nastavení rotoru 3 probíhá působením náporové síly S jednak natočením překlenovací spojnice 96 v patním ložisku 83 a jednak sklonem vázacího ohebného energovodného prostředku 97.

Pro volně létající balón (obr. 28, 29) jako zdroj pohybové energie slouží motor-generátor 24. Stoupání a klesání se řídí sklonem lopatek 31 pomocí nastavovacího ústrojí 8. Stoupání a klesání lze též řídit pomocí blíže nespecifikovaného ústrojí měnícího změnu teploty plynné náplně lopatek 31. Při pozastavení letu a zakotvení balonu vůči zemskému povrchu je rotace větrem poháněných lopatek Tas nimi spřaženého motor-generátoru 24 využita k výrobě a uskladnění energie buď ve formě elektrické, anebo vázané na stlačený vzduch. Princip řízeného letu je zde zejména v možnosti nezávislé změny rychlosti otáčení levého a pravého unášeče 4 pomocí dvou vzájemně nezávislých motor-generátorů 24, resp. motorů, včetně jejich zpětného chodu. K řiditelnosti rovněž přispívá možnost vzájemně nezávislého natáčení lopatek 31 satelitů 5 pomocí samostatných nastavovacích ústrojí 8 na levém a pravém unášeči 4. Uvedené dvě možnosti řiditelnosti jsou vzájemně redundantní, čímž je zálohována řiditelnost balónu.

Létající stroj z obr. 31 pracuje na základě stejných principů jako jiné neobjemové tekutinové stroje s tím, že nastavením lopatek 31 se dosáhne takového směru neznázoměné náporové síly S, že její svislá složka udrží stroj ve vzduchu a její vodorovná složka jej pohání ve směru šipky m, včetně stoupání, klesání, couvání, střemhlavého letu a otáčení se na místě. Uvedeného řízení stroje se dosahuje tím, že jednotlivá nastavovací ústrojí 8 a jednotlivé motor-generátory 24 jsou řízeny vzájemně nezávisle. V omezené intenzitě plní tento létající stroj všechny uvedené letové vlastnosti i v nouzovém režimu při výpadku jednoho z motor-generátorů 24. Při vysazení všech motorů, např. z nedostatku energie či paliva, se využije oddělené brzdění jednotlivých lopatek nezávislými nastavovacími ústrojími 8 čímž se dosáhne prostorově řízený padákový sestup na zem. Tento padákový efekt je výrazný proto, že lopatky 31 mají velkou plochu a jsou pomaloběžné. Relativně velké plochy u pomaloběžných lopatek 31 mají též výhodu při vzletu stroje a při jeho kolmém přistávání.

- 16CZ 307925 B6

U dronů z obr. 32, 33 se silová výslednice V motoricky poháněných rotorů 3 vektorově složí do síly, jejíž reakce vytvoří náporovou sílu S, jejímž účinkem je dron udržován v letu.

Stroj v podobě dopravní či záchranné plošiny podle obr. 30 má účinkem natáčení lopatek 31 schopnost jak letu, tak zastavení na místě ve vzduchovém prostoru. Lopatky 31 přitom zabírají jen prostor nad překlenovací spojnicí 96. Znamená to, že má-li překlenovací spojnice 96 funkci mostovky, lze řadit několik shodných strojů vedle sebe, a vytvořit tak souvislou dočasnou komunikaci potřebnou pro záchranné nebo stavební práce v místech, kam by přístup jinak byl obtížný nebo nemožný.

Neobjemový tekutinový stroj typu vodní turbíny (obr. 34, 35) se uvádí do pohybu náporovou silou S proudu vody tekoucího ve žlabu 99. Tekoucí voda je lopatkami 31 při předání energie zpomalována, přičemž mezi lopatkami 31 vzniká volný prostor, což jsou vhodné podmínky pro migraci ryb v obou směrech. Jedná se proto o řešení vhodné pro využití přepadové vody na říčních jezech.

Neobjemový tekutinový stroj v podobě vodní turbíny pro energetické využití pobřežních mořských vln a volně tekoucí vody v řece (obr. 36, 37) má lopatky 31 natolik vysoké, aby využily náporovou sílu S, resp. energii jak nízké, tak i vyšší hladiny H vody. Jeho nasazení je proto možné jak v případě řeky s malými výkyvy její hladiny H, tak v případě mělkého pobřežního mořského příboje, u něhož se příliv a odliv projevuje jen v malé míře.

U alternativy hladinové turbíny podle obr. 38 a 39 je využito k pohonu horního generátoru 23' energie vzduchového média, zatímco k pohonu dolního generátoru 23 energie vodního média. Výkony každého z generátorů 23’, 23 se řídí nezávisle na sobě samostatnými nastavovacími ústrojími 8’, 8. Aby dolní rotor 3 reagoval na měnící se výšku hladiny H, jsou dolní lopatky 31 s výhodou duté, vodotěsné a naplněné vzduchem a svým svislým pohybem zaujímají stále plovoucí pozici. Nejnižší plovoucí pozice je vymezena zarážkou 68. Odběr energie u všech do dna zakotvených turbín je proveden kabelem provlečeným vnitřkem dutého sloupu 18.

Plovoucí turbína podle obr. 40 využívá k výrobě elektřiny zejména vzduchové médium působící na horní rotor 3’ anebo, je-li ukotvena, i energii proudícího vodního média přenášenou do dolních rotorů 3, a z nich do motor-generátorů 24. Motor-generátory 24 slouží ale též jako zdroj energie pro pohyb pontonu 19 po vodní hladině H. Řízeným motorickým chodem, tj. prostřednictvím nastavení dolních lopatek 3, lze ponton 19 znehybnět i v pohybující se vodě. Míra vynoření pontonu 19 nad hladinu H se reguluje množstvím vody připouštěné do dolních lopatek 31.

I u plovoucí turbíny podle obr. 41 je možno její ponor regulovat množstvím vodního obsahu v dolních lopatkách 3 a to do té míry, že v součinnosti s nastavením dolních lopatek 3 lze dno pontonu 19 vyzdvihnout na hladinu H. Jak s pontonem 19 vyzdviženým nad hladinu H, tak s pontonem 19 částečně ponořeným lze účinkem dolních lopatek 31 plout ve zvoleném směru. Vyzdvižený ponton přitom klade plavbě výrazně menší odpor.

Průmyslová využitelnost

Neobjemový tekutinový stroj podle vynálezu nalezne uplatnění jednak v energetice při výrobě elektřiny, popř. stlačeného vzduchu, a jednak v oblasti dopravy, zejména vodní, obojživelné, letecké a též v mobilních zemědělských a stavebních strojích.

Claims (29)

1. Neobjemový tekutinový stroj obsahující jednak rotor (3) s lopatkami (31) pro přenos náporové síly (S) tekutinového prostředí a jednak pohonný hřídel (2), který je spřažen a/nebo uzpůsoben pro spřažení s jedním energetickým strojem ze skupiny obsahující motor (25), generátor (23) a motor-generátor (24), rotor (3) obsahuje otočný unášeč (4) opatřený alespoň jedním ramenem (43), v jehož centrální části (41) je kolmo k rovině pohybu unášeče (4) připevněn pohonný hřídel (2) a kde je okolo osy (21) pohonného hřídele (2) vytvořena otočná vazba centrálního kola (6) s pohonným hřídelem (2), přičemž na vnějším konci (42) ramena (43) je otočně uložen satelit (5) se souose připevněnou lopatkou (31), přičemž tento satelit (5) je spřažen s centrálním kolem (6) kinematickou vazbou (7) s otáčkami satelitu (5) dopomala v opačném smyslu (b), než je smysl (c) otáčení unášeče (4), a současně centrální kolo (6) je vzhledem k základně (1) ustaveno do jedné ze tří pohybových konfigurací, z nichž v první konfiguraci je nehybné, v druhé konfiguraci je uzpůsobeno pro natočení a následné znehybnění a ve třetí konfiguraci je uzpůsobeno pro řízené obousměrné natáčení, vyznačující se tím, že • pohonný hřídel (2) j e uložen v základně (1), • otočná vazba centrálního kola (6) s pohonným hřídelem (2) obsahuje stavěči hřídel (61), který je jednak centricky otočně uložen vzhledem k pohonnému hřídeli (2) a jednak pevně spojen s centrálním kolem (6), • stavěči hřídel (61) je spřažen s nastavovacím ústrojím (8) pro natočení a znehybnění centrálního kola (6), přičemž • stavěči hřídel (61) je spřažen s nastavovacím ústrojím (8) pro řízené obousměrné natáčení centrálního kola (6), přičemž alespoň na jednom prvku ze skupiny obsahující rameno (43) unášeče (4) a pohonný hřídel (2) je upraven senzor (73) točivého momentu, přičemž tento senzor (73) je spřažen s nastavovacím ústrojím (8) prostřednictvím jednoho z komunikačních prvků patřících do skupiny, která obsahuje jednak řídicí počítač a jednak komunikační protokol s internetem věcí loT.

2. Neobjemový tekutinový stroj podle nároku 1, vyznačující se tím, že unášeč (4) obsahuje alespoň dvě ramena (43), přičemž na vnějším konci (42) každého ramena (43) je otočně uložen satelit (5) s jemu přiřazenou lopatkou (31) a kinematická vazba (7) má konstantní převodový poměr 2 : 1 dopomala.

3. Neobjemový tekutinový stroj podle nároku 1, vyznačující se tím, že nastavovací ústrojí (8) obsahuje servomechanismus (81), který je uložen na základně (1) a který je uzpůsoben pro natočení stavěcího hřídele a zaaretování vzhledem k základně.

4. Neobjemový tekutinový stroj podle nároku 1, vyznačující se tím, že centrální kolo (6) je rozčleněno na souosé shodné segmenty (62), z nichž každý segment (62) je pevně spojen se svým stavěcím hřídelem (61) a nastavovací ústrojí (8) obsahuje jednotlivé servomechanismy (81) pro nezávislé natáčení jim příslušejících stavěčích hřídelů (61), přičemž servomechanismy (81) jsou uzpůsobeny v jednom případě pro zaaretování stavěčích hřídelů (61) a v druhém případě pro obousměrné natáčení stavěčích hřídelů (61) vzhledem k základně (1).

5. Neobjemový tekutinový stroj podle nároku 1, vyznačující se tím, že konstantní kinematická vazba (7) je tvořena bezprokluzovým nekonečným členem (71), který je ob veden kolem dvojice tvořené centrálním kolem (6) a satelitem (5).

6. Neobjemový tekutinový stroj podle nároku 2, vyznačující se tím, že konstantní kinematická vazba (7) je tvořena bezprokluzovým nekonečným členem (71), kterým je opásáno centrální kolo (6) a alespoň dva satelity (5).

7. Neobjemový tekutinový stroj podle nároků 5 a 6, vyznačující se tím, že bezprokluzovým nekonečným členem (71) je ozubený pás.

- 18 CZ 307925 B6

8. Neobjemový tekutinový stroj podle nároku 1, vyznačující se tím, že konstantní kinematická vazba (7) obsahuje lichý počet vložených kol (72), jimiž je propojeno centrální kolo (6) se satelitem (5), přičemž vložená kola (72), centrální kolo (6) i satelit (5) jsou opatřeny ozubením.

9. Neobjemový tekutinový stroj podle nároku 8, vyznačující se tím, že vložené kolo (72), centrální kolo (6) i satelit (5) jsou opatřeny čelním ozubením.

10. Neobjemový tekutinový stroj podle nároku 8, vyznačující se tím, že vložené kolo (72), centrální kolo (6) i satelit (5) jsou opatřeny kuželovým ozubením, přičemž osa (51) satelitu (5) je rovnoběžná s osou (21) pohonného hřídele (2).

11. Neobjemový tekutinový stroj podle nároku 8, vyznačující se tím, že vložené kolo (72), centrální kolo (6) i satelit (5) jsou opatřeny kuželovým ozubením, přičemž unášeč (4) obsahuje nejméně dvě ramena (43) a osy (51) satelitů (5) jsou mimoběžné navzájem i vzhledem k ose (21) pohonného hřídele (2).

12. Neobjemový tekutinový stroj podle nároku 1, vyznačující se tím, že pohonný hřídel (2) je spřažen s generátorem (23), který je usazen na základně (1), která je upevněna k vrchnímu dílu (87) stožáru, jehož spodní díl (88) je ukotvitelný a s vrchním dílem (87) spojen prostřednictvím kloubu (85), přičemž mezi vrchním dílem (87) a spodním dílem (88) stožáru je uspořádáno naklápěcí ústrojí (86).

13. Neobjemový tekutinový stroj podle nároku 1, vyznačující se tím, že pohonný hřídel (2) má v podstatě vodorovnou polohu, přičemž je otočně uložen v základně (1), na níž je usazen motor (25), který je spřažen s pohonným hřídelem (2) a na pohonném hřídeli (2) je otočně uložen stavěči hřídel (61) a na něm rovněž otočně unášeč (4).

14. Neobjemový tekutinový stroj podle nároku 1, vyznačující se tím, že pohonný hřídel (2) je otočně uložen ve stavěcím hřídeli (61), který je otočně uložen ve výložníku (12), přičemž výložník (12) je prostřednictvím otočného uložení (89) usazen v základně (1), kde je uložen motor (25), který je spřažen s pohonným hřídelem (2), přičemž současně ve výložníku (12) je upraveno nastavovací ústrojí (8), které je spřaženo se stavěcím hřídelem (61) a výložník (12) je spřažen s natáčecím a aretovacím ústrojím (82) pro natočení výložníku (12) v otočném uložení (89).

15. Neobjemový tekutinový stroj podle nároku 14, vyznačující se tím, že ve výložníku (12) je uspořádáno převodní ústrojí (66) mezi pohonným hřídelem (2) a paralelním hřídelem (29), který je jednak souosý s otočným uložením (89) a jednak spřažený s motorem (25).

16. Neobjemový tekutinový stroj podle nároku 1, vyznačující se tím, že pohonný hřídel (2) je ve svislé poloze otočně uložen na základně (1), přičemž je otočně uložen na horním konci pohonného hřídele (2) horní stavěči hřídel (6Γ) s horním nastavovacím ústrojím (8') a na dolním konci pohonného hřídele (2) dolní stavěči hřídel (61) s dolním nastavovacím ústrojím (8), a pohonný hřídel (2) je spřažen s motor-generátorem (24) a je pevně spojen na horním konci s horním rotorem (3') pro přenos náporové síly (S) z proudícího vzduchu a na dolním konci s dolním rotorem (3) pro přenos náporové síly (S) do vody.

17. Neobjemový tekutinový stroj podle nároku 1, vyznačující se tím, že obsahuje alespoň jeden rotor (3), jehož stavěči hřídel (61) je uložen v patním ložisku (83), upraveném na základně (1), a pohonný hřídel (2) je spřažen převodovým ústrojím (22) s motor-generátorem (24) a každý čep (52) satelitu (5) je spojen se spodní částí plachty (33) coby lopatky (31), přičemž horní části plachet (33) jsou v případě více než jednoho rotoru (3) zakotveny do společného kloubu (85).

- 19CZ 307925 B6

18. Neobjemový tekutinový stroj podle nároku 1, vyznačující se tím, že pohonný hřídel (2) o v podstatě vodorovné poloze je spřažen s motor-generátorem (24), který je uložen na základně (1), a lopatky (31) jsou opíratelné o terén (91) svou oploštělou stranou.

19. Neobjemový tekutinový stroj podle nároku 1, vyznačující se tím, že unášeč (4) obsahuje nejméně dvě ramena (43) a stavěči hřídel (61) je centricky otočně uložen v pohonném hřídeli (2) a ke stavěcímu hřídeli (61) je připojena základna (1), k níž je připevněna stacionární část (63) generátoru (23), a s pohonným hřídelem (2) je spojena rotační část (65) generátoru (23), přičemž generátor (23) je vázacím ohebným energovodným prostředkem (97) spojen s pod základnou (1) uspořádanou překlenovací spojnicí (96), která je otočně uložena v patním ložisku (83) pevně ukotvíte lném.

20. Neobjemový tekutinový stroj podle nároku 1, vyznačující se tím, že unášeč (4) obsahuje nejméně dvě ramena (43) a stavěči hřídel (61) je centricky otočně uložen v pohonném hřídeli (2), s nímž je pevně spojeno pohonné kolo (26), které je převodovým ústrojím (22) v podobě řemene spřaženo s generátorem (23), přičemž o řemen převodového ústrojí (22) je kluzně opřeno závaží (69), které je připevněno ke stavěcímu hřídeli (61) a generátor (23) je kolmo ke své ose otočně uložen v patním ložisku (83) pevně ukotvitelném.

21. Neobjemový tekutinový stroj podle nároku 1, vyznačující se tím, že obsahuje dva unášeče (4), z nichž jeden je umístěn na levém a druhý na pravém boku ve směru tažného pohybu stroje a oba unášeče (4) jsou navzájem propojeny průchozími čepy (52), přičemž každý z obou unášečů (4) je jednak opatřen nejméně dvěma rameny (43), na jejichž koncích jsou satelity (5) s lopatkami (31), a jednak napojen na samostatné ústrojí konstantní kinematické vazby (7) a na stavěči hřídel (61), který je jednak centricky otočně uložen v pohonném hřídeli (2) a jednak je na něm zavěšena postranice (14) spojená se základnou (1), přičemž na základně (1) je uložen motor-generátor (24), který je převodovým ústrojím (22) spřažen s pohonným hřídelem (2), přičemž současně lopatky (31) mají nižší jednotkovou hmotnost než vzduch a pod základnou (1) je zavěšena gondola (98).

22. Neobjemový tekutinový stroj podle nároku 1, vyznačující se tím, že pohonný hřídel (2) je spřažen s motor-generátorem (24), který je uložen na základně (1), přičemž pohonný hřídel (2) je umístěn ve shodné rovině s rovnoběžným pohonným hřídelem (2) alespoň jednoho dalšího rotoru (3) shodného provedení a základny (1) rotorů (3) jsou symetricky rozmístěny na horní části kokpitu (93) a unášeče (4) rotorů (3) jsou umístěny podél boků kokpitu (93), přičemž pohonné hřídele (2) mají směr kolmý ke směru (m) pohybu kokpitu (93).

23. Neobjemový tekutinový stroj podle jednoho z nároků 1 a 2, vyznačující se tím, že k základně (1) s otočně uloženým pohonným hřídelem (2) je připevněno ráhno (94), k němuž je připevněn motor (25) spřažený převodovým ústrojím (22) s pohonným hřídelem (2), přičemž pod ráhnem (94) je zavěšen kokpit (93), který je opatřen druhým ráhnem (94), jež je symetricky vystrojeno druhým rotorem (3).

24. Neobjemový tekutinový stroj podle nároku 23, vyznačující se tím, že pohonné hřídele (2) mají směr kolmý ke směru (m) pohybu kokpitu (93), přičemž je uspořádán nejméně jeden rotor (3) nad přední částí kokpitu (93) a nejméně jeden rotor (3) nad zadní částí kokpitu (93).

25. Neobjemový tekutinový stroj podle nároku 23, vyznačující se tím, že pohonné hřídele (2) mají směr rovnoběžný se směrem (m) pohybu kokpitu (93), přičemž alespoň dvojice paralelně uspořádaných rotorů (3) je umístěna nad kokpitem (93).

26. Neobjemový tekutinový stroj podle nároku 1, vyznačující se tím, že stavěči hřídel (61) je pevně připojen ke žlabu (99), který je upevněn k základně (1), přičemž lopatky (31) jsou vnořeny do žlabu (99) a pohonný hřídel (2) je spojen s generátorem (23), který je upevněn k základně (1).

-20CZ 307925 B6

27. Neobjemový tekutinový stroj podle nároku 1, vyznačující se tím, že základna (1) má tvar dutého sloupu (18), jehož horní část je obklopena unášečem (4) s lopatkami (31) nasměrovanými ke spodní části dutého sloupu (18), přičemž pohonný hřídel (2) má podobu rotační části generátoru (23), která je pevně spřažena s unášečem (4), zatímco stacionární část generátoru (23) je pevně spojena s dutým sloupem (18), u jehož horního konce je najeho vnějšku otočně uložen stavěči hřídel (61), proti němuž je k dutému sloupu (18) připevněno nastavovací ústrojí (8), přičemž dolní konec dutého sloupu (18) je uzpůsoben pro zapuštění do vodního dna a přičemž současně jsou uzpůsobeny lopatky (31) pro ponoření pod vodní hladinu (H) a generátor (23) pro umístění nad vodní hladinu (H).

28. Neobjemový tekutinový stroj podle nároku 1, vyznačující se tím, že základna (1) má tvar dutého sloupu (18), který j e uzpůsoben pro zapuštění do vodního dna a na němž j e usazen v horní části horní rotor (3') s horními lopatkami (31'), uzpůsobenými pro styk se vzduchovým médiem, a v dolní části dolní rotor (3) s dolními lopatkami (31), uzpůsobenými pro styk s vodním médiem, přičemž horní rotor (3') obsahuje horní stavěči hřídel (6Γ), který je otočně uložen na dutém sloupu (18) a spřažen s horním nastavovacím ústrojím (8'), a dolní rotor (3) obsahuje dolní stavěči hřídel (6), který je na dutém sloupu (18) uložen otočně a současně suvně a je spřažen s dolním nastavovacím ústrojím (8), přičemž dále horní unášeč (4') je pevně spojen s rotační částí (65) horního generátoru (23') a dolní unášeč (4) je pevně spojen s rotační částí (65) dolního generátoru (23) a dále s dutým sloupem (18) je pevně spojena stacionární část (63) horního generátoru (23), zatímco stacionární část (63) dolního generátoru (23') je na dutém sloupu (18) uložena suvně.

29. Neobjemový tekutinový stroj podle nároku 1, vyznačující se tím, že základna (1) obsahuje plovací ponton (19), na němž je ukotven alespoň jeden dutý sloup (18), v jehož horní části je usazen horní rotor (3') s horními lopatkami (31”), uzpůsobenými pro styk se vzduchovým médiem, a horním pohonným hřídelem (2') otočně uloženým v dutém sloupu (18), přičemž horní pohonný hřídel (2') je spřažen s generátorem (23) upevněným k pontonu (19), pod nímž je upraven na pontonu (19) zavěšený alespoň jeden dolní rotor (3) s dolními lopatkami (31), uzpůsobenými pro styk s vodním médiem a orientovanými svými osami kolmo k čáře ponoru pontonu (19), přičemž s osami dolních lopatek (31) je rovnoběžný i dolní pohonný hřídel (2), který je spřažen s motor-generátorem (24) připevněným k pontonu (19).w