DK168893B1 - Vindhjul - Google Patents

Description

DK 168893 B1 i

Opfindelsen angår et trommel formet vindhjul med et cylinderrør, der er anbragt koaksialt med vindhjulets rotationsakse, hvor cylinderrøret er tilvirket med cirkulære endeflader. Tæt ved randen af de cirkulære endefla-5 der på cylinderrøret er drejeligt lejret vinger, som er begrænset svingbare om svingakser, der er parallelle med vindhjulets rotationsakse.

Fra fremlæggelsesskrift nr. DE 27 18 608 kendes en vind-10 kraftmaskine, der omfatter en cylinder, to endeplader, der er anbragt i cylinderens respektive ender, samt flere cylindersegmentformede flader. Disse segmentflader, henholdsvis vinger er lejret i nærheden af randen af endepladerne med svingakser, der er parallelle med vindkraft-15 maskinens rotationsakse. Dermed er segmentfladerne hver for sig lejret på en svingakse, der er parallel med vind-kraftmaskinens rotationsakse, og asymmetrisk i forhold til plademidten. Den bredeste del af segmentfladen kan svinge ud til en indstillelig, begrænsende vinkel på op 20 til 90°. I udsvungen tilstand rager den største del af segmentf laden ud fra vindkraftmaskinens kontur, mens den smalleste del rager ind i denne. Når en vandret indstrømning træffer den lodretstående vindkraftmaskine, vil de segmentflader, hvis svingakse ligger i vindretningen, 25 svinge ud af vindkraftmaskinens cylinder kontur imod vinden. Det på disse flader virkende opstemningstryk drejer hele cylindersysternet, hvorved den næste segmentflade løber ind i strømningen og svinger ud. På den segmentflade, der ligger modsat den side, hvor segmentet er svunget ud, 30 strejfer vindstrømmen segmentfladerne således, at svingaksen ligger forrest.

Denne kendte vindkraftmaskine drejer i retning af segmentfladens hale. Dette betyder, at segmentfladerne vir-35 ker som skovle, hvorved vindkraftmaskinen virker som et skovlhjul. Dette betyder endvidere, at den højeste omdrejninghastighed for denne kendte vindkraftmaskine sva- 2 DK 168893 Bl rer til vindhastigheden. Omdrejningshastigheden og dermed virkningsgraden er stærkt afhængig af den foreliggende vindhastighed.

5 DE brugsmønster nr. 82 28 078 angiver en rotor med lodret akse, hvor der på tværs af rotoraksen er anbragt to plader, imellem hvilke et antal akseparallelle rotorvinger er fastgjort således, at de kan dreje frit omkring en med rotoraksen parallel svingakse. Hver enkelt rotorvinge er 10 yderligere forsynet med en stopklods, hvorved rotorvingen ved anlæg imod stopklodsen fastholdes i radial retning. Derved opnås det, at kun den til drift virksomme rotorvinge under alle drejefaser for rotoren med lodret akse, fastholdes imod trykket fra den drivende strømning, mens 15 de rotorvinger, der ikke deltager i driften kan svinge frit og indtage en stilling, hvor luftmodstanden er mindst mulig.

Også her gælder det, at rotoren med lodret akse højst kan 20 opretholde en rotationshastighed, der svarer til vindhastigheden.

Fra et fransk patentskrift nr. 699 882 kendes et skovlhjul med seks skovle, der hver især er anbragt med en be-25 grænset drejebevægelighed omkring en vandret rotationsakse. Skovlene er fæstnet til rotationsaksen i deres eller i det mindste i nærheden af deres tyngdepunkter. Der findes yderligere seks stive stænger, hvor der på en respektiv lodretstående stang er fastgjort en skovl. Hver 30 skovl har desuden en indre og en ydre stopklods, der tilsammen definerer skovlens yderstillinger. Ved skovlhjulets akse findes der et styrelegeme, igennem hvilket den gennem skovlhjulet strømmende vind deles.

35 Når vinden strømmer ind i skovlhjulet, opdeles vinden i to strømme gennem styrelegemet. Den i vindhjulets driftsområde indfaldende strøm er rettet mod skovlens herværen- DK 168893 Bl 3 de konkave flade, hvorved skovlens nedstrømsbeliggende kant ligger an imod den indre stopklods. Vindtrykket mod skovlen forårsager, at skovlhjulet drejer i en retning med vinden med et bestemt omdrejningstal. Dette omdrej-5 ningstal er afhængig af vindhastigheden. Skovlhjulets periferihastighed svarer maximalt til vindhastigheden, da vinden virker mod skovlenes konkave flader.

I vindhjulets tilbageløbsområde svinger skovlene frit og 10 deres nedstrøms beliggende kanter forlader de indre stopklodser og svinger mod de ydre stopklodser. I denne stilling bevæger skovlen sig mod retningen af den indfaldende vind. Her indtager skovlene den stilling med mindst vindmodstand og befinder sig med deres nedstrøms beliggende 15 kanter i en mellemstilling mellem de indre og ydre stopklodser.

Opfindelsen har til formål at angive et vindhjul, der er særdeles gunstigt i vind og har en særdeles høj virk-20 ningsgrad. Vindhjulet skal endvidere være i hovedsagen uafhængig af den foreliggende vindhastighed.

Dette formål opnås ved, at vindhjulet er udformet som angivet i krav 1's kendetegnende del.

25

Vindhjulet har en medvindsside, hvor vingernes rotationsretning følger vindretningen, og en modvindsside, hvor vingerne bevæger sig mod vinden.

30 Vindhjulet ifølge opfindelsen arbejder ved en indkøringsfase og en driftfase.

Ved indkøringsfasen befinder vindhjulets bærevinger sig i den perifære yderstilling, sålænge de befinder sig i læ-35 siden, der vender bort fra den side, hvor vinden står på.

Når bærevingen forlader læsiden svinger den i modvindssiden ind fra sin perifære yderstilling, og er svunget helt 4 DK 168893 B1 ind i sin indsvungne stilling med anlæg mod cylinderrøret, når den når frem til medvindssiden. Herefter svinger bærevingen atter ud i sin perifære yderstilling, når den når vindhjulets læside i medvindssiden. I indkøringsfasen 5 drives vindhjulets rotation af det tryk vinden udøver på den indsvungne bærevinge i vindhjulets medvindsside. Vinden passerer samtidig gennem modvindssiden og påvirker bærevingen i læ- og modvindssiden med en kraftkomposant i dennes bevægelsesretning.

10 Når vindhjulet når højere periferihastigheder svinger alle bærevingerne ud i deres perifære yderstillinger. I disse stillinger svarer vindhjulets periferihastighed omtrent til vindhastigheden, hvorved vindopstemningen foran 15 en indsvungen vinge ikke længere forekommer. Vinden vil ikke længere udøve et tryk på en bærevinge. Vindens angrebsområde skifter således fra vindhjulets medvindsside til dets modvindsside. Luftstrømmene vil således bevæge sig langs bærevingerne i modvindssiden, og da bærevinger-20 ne er udformet med profiler svarende til dem, der kendes fra flyveindustrien, dannes der en udadrettet kraft med en komposant i bærevingens bevægelsesretning. Denne kraftkomponent i bærevingens bevægelsesretning medfører, at vindhjulets periferihastighed i driftfasen kan øges 25 til 2,5 gange vindhastigheden eller mere.

På den måde opnår man, at et trommelformet vindhjul af den nævnte art drejer i retning af bærefladens næse. Dette betyder samtidig, at bærefladen forbliver inden for 30 cylinderrørets rand, og derved ikke bevæger sig uden for den cylindriske kontur af vindhjulet. Af denne årsag kan vindhjulets rotationshastighed overstige vindhastigheden. Derved vil vindhjulet være særdeles gunstigt i vind og have en særdeles høj virkningsgrad.

Ved en udførelsesform ifølge opfindelsen kan den indvendige afstand mellem næsen på en vinge og halen på den 35 5 DK 168893 B1 næste vinge svare til den indvendige afstand mellem næsen på bærevingen og cylinderrøret. Herved sikres det, at vinden, der strømmer imod vindhjulet, uden videre kan strømme ind i og gennem dette. Af den grund udsættes 5 vindhjulet for en trykkraft på indstrømningsstedet for vinden og samtidig for en trækkraft på det overforliggen-de udgangssted for vinden, hvilke kræfter begge er i vindhj ulets rotationsretning.

10 Vingernes overflade kan være forsynet med ens fordybninger. Fordybningerne kan være anbragt i såvel regelmæssige som uregelmæssige mønstre på vingernes overflade. Dette betyder, at vinden griber fat i vingernes fordybninger, henholdsvis ujævne ru overflader, hvor der så dannes 15 hvirvler. Vinden glider således ikke af på vingernes overflade. Derved er der tilvejebragt en særdeles god anløbsflade for vinden på vindhjulet.

Der kan yderligere være fastgjort en forvinge på hver af 20 svingakslerne. Derved opstår der et hulrum mellem forvingen og den udsvungne bærevinge, i hvilket den indstrømmende vind danner et opstemningstryk. Forvingen er glat således, at vinden kan glide af uden at få tag i forvingen.

25

Blandt andre hensigtsmæssige kendetegn ifølge opfindelsen kan det nævnes, at bærevingen og forvingen i området omkring svingaksen griber ind i hinanden som en slags hængsel. Derved opnås det, at forvingen er fastgjort i for-30 hold til aksen, og at bærevingen kan svinge frem og tilbage.

Begge endeplader kan endvidere være forsynet stopklodser i nærheden af randen til anlæg for bærevingernes haler.

35 Herved opnås det, at bærevingen ikke svinger uden for den cylindriske kontur af vindhjulet.

DK 168893 B1 6

Cylinderrøret kan være drejeligt anbragt på en med cylinderrørets akse sammenfaldende rotationsakse.

Derved er det muligt at anbringe en generator inde i sel-5 ve cylinderrøret, hvor generatorens stator så kan være fastgjort på cylinderrøret, mens rotoren kan være fastgjort til den faststående rotationsakse.

Det er endvidere muligt at anbringe en pumpe inden i cy-10 1inderrøret.

Det omtalte vindhjul kan anvendes såvel med vandretliggende akse som med lodretstående akse.

15 Opfindelsen skal forklares nærmere i det følgende under henvisning til tegningen, hvor fig. 1 viser en udførelsesform set fra siden af et vindhjul ifølge opfindelsen, 20 fig. 2 viser et vindhjul ifølge fig. 1 set fra oven, fig. 3 viser i større målestok et tværsnit gennem vindhjulet ifølge fig. 1, 25 fig. 4 viser detaljer ved en anden udførelsesform ifølge opfindelsen og fig. 5 samme detaljer med udsvungne bærevinger.

30

Et trommelformet vindhjul har et cylinderrør 1, en øvre endeplade 2 og en nedre endeplade 3, hvor endepladerne ér fastgjort i de respektive ender af cylinderrøret 1. I nærheden af randen 4 og 5 på endepladerne 2 og 3, er bæ-35 revinger 6, 7, 8 og 9 anbragt således, at de kan drejes omkring svingakser 10, 11, 12 og 13. Vindhjulet er drejeligt anbragt på en fod 14. Bærevingerne 6, 7, 8 og 9 er DK 168893 B1 7 svingbare om svingakserne 10, 11, 12 og 13 i området mellem yderkanterne 4, 5 og cylinderrøret 1. Som det fremgår af fig. 3, indtager bærevingerne 6 og 9 den yderste mulige stilling, mens bærevingen 8 befinder sig i den 5 maksimalt indsvungne stilling. Bærevingen 7 befinder sig 1 en mellemstilling mellem kanten 4 og 5 på endepladerne 2 og 3 og cylinderrøret 1. I fig. 3 er bærevingerne 6 og 7 angivet med punkterede linier ved 15 og 16 i den yderste mulige stilling.

10

Den indvendige afstand 17 mellem næsen 18 på en bærevinge 8 og halen 19 på nabobærevingen 9 svarer til afstanden 20 mellem næsen 21 på en bærevinge 9 og cylinderrøret 1.

15 Fig. 4 og 5 angiver et andet udførelseseksempel ifølge opfindelsen, hvor der er fastgjort en forvinge 23 på en svingakse 22 svarende til den i fig. 3 viste svingakse 13. Forvingen 23 er ikke drejelig, hvorfor den opretholder den i fig. 4 og 5 viste stilling i enhver stilling af 20 vindhjulet. På svingaksen 22 er yderligere anbragt en bærevinge 24, der svarer til den i fig. 3 viste bærevinge 9. Bærevingen 24 og forvingen 23 er i indgreb som en slags hængselsled i området omkring svingaksen 22. Under indsvingning af bærevingen 24 opstår der, som det fremgår 25 af fig. 5, et trekantet hulrum 25 mellem forvingen 23 og bærevingen 24.

For at yderfladen på forvingen 23 kan gå direkte over i yderfladen på bærevingen 24 uden kantdannelse, er bære-30 vingen 24 forsynet med en udsparing 26, hvori forvingen 23 optages, når forvingen 23 og bærevingen 24 indtager den i fig. 4 viste stilling.

På en ikke nærmere forklaret måde er endefladerne 2 og 3 35 forsynet med stopklodser, der forhindrer, at bærevingerne 6, 7, 8 og 9 svinger for langt uden for vindhjulets cylindriske kontur.

DK 168893 B1 8

Inde i cylinderrøret 1 kan der endvidere være anbragt en ikke nærmere forklaret generator, hvis stator er fastgjort til cylinderrøret 1, mens rotoren er fastgjort til den faststående omdrejningsaksel.

5 Når vinden, hvis retning er angivet med en pil a, rammer vindhjulet, gennemstrømmer den vindhjulet i retningen, der er angivet med en pil b og forlader det i retningen, der er angivet med en pil c. Dermed presses bærevingen 8 10 imod cylinderrøret 1, samtidig med at vinden påvirker bærevingen 8 med en i rotationsretningen d virkende kraft.

I denne driftstilling indtager bærevingen 7 en i fig.·3 angiven midterstilling.

15 Vinden strømmer ud imellem bærevingerne 6 og 9, og den nu udstrømmende vind danner en hvirvel på ydersiden af vindhjulet i området omkring næsen 13, hvorved den påvirker bærevingen 9 med en kraft i retning af pilen e og dermed i vindhjulets rotationsretning d.

20 Når den i fig. 4 og 5 angivne udførelsesform påvirkes med en vindbelastning i retningen, der er angivet med pilen f, opstår der ud over de allerede beskrevne kræfter i vindhjulets rotationsretning, en yderligere kraft i ret-25 ning af pilen g, der er forårsaget af, at vinden fanges i det trekantede hulrum 25 mellem forvingen 23 og bærevingen 24 og her udøver et tryk i retning af pilen g.

Claims (10)

1. Tromleformet vindhjul med et koaksialt med dets rota- 5 tionsakse anbragt cylinderrør, hvis ender er forsynet med hver sin cirkulære endeplade, og med vinger, der har en krummet strømlinietormet profil og er svingbart lejret ved randen på endepladerne med en begrænset udsvingsbevægelighed på svingaksler, der er parallelle med vindhju-10 lets rotationsakse, kendetegnet ved, at der i samme afstand rundt langs vindhjulets omkreds er anbragt mindst fire vinger (6, 7, 8 , 9) med en krummet strømli-nieformet profil, og at vingerne (6, 7, 8, 9) med forreste næser (18, 21) er lejret på svingakslerne (10, 11, 15 12, 13) og er svingelige i området mellem endepladernes (2, 3) rand (4, 5) og cylinderrøret (1).

2. Vindhjul ifølge krav 1, kendetegnet ved, at afstanden (17) mellem næsen (18) på en vinge (8) og halen 20 (19) på den nærmestliggende vinge (9) tilnærmelsesvis svarer til afstanden (20) mellem næsen (21) på vingen (9) og cylinderrøret (1).

3. Vindhjul ifølge krav 1 eller 2, kendete g- 25 net ved, at vingernes yderflade (6, 7, 8, 9) er udformet med jævnt fordelte hulheder.

4. Vindhjul ifølge krav 1-3, kendetegnet ved, at der på hver svingaksel (22) er fastgjort en profillis- 30 te (23).

5. Vindhjul ifølge krav 4, kendetegnet ved, at profillisterne (23)'s overflade er glat.

6. Vindhjul ifølge krav 1-5, kendetegnet ved, at vingen (24) og profilliste (23) er indbyrdes hængslet omkring svingakslen (22). 10 DK 168893 B1

7. Vindhjul ifølge krav 1-6, kendetegnet ved, at begge endeplader (2, 3) har stopklodser i randområdet (4, 5) til anlæg for vingehalerne (19).

8. Vindhjul ifølge krav 1-7, kendetegnet ved, at cylinderrøret (1) er drejeligt lejret på en med cylinderrøret (l)’s akse sammenfaldende rotationsaksel.

9. Vindhjul ifølge krav 1-8, kendetegnet ved, 10 at der inden i cylinderrøret (1) findes en generator, hvis stator er fastgjort til cylinderrøret (1), og hvis rotor er fastgjort til den faststående rotationsaksel.

9 DK 168893 B1 Patentkrav :

10. Vindhjul ifølge krav 1-9, kendetegnet ved, 15 at der i cylinderrøret (1) findes en pumpe.