FI96133B

FI96133B - Wind rotor

Info

Publication number: FI96133B
Application number: FI934351A
Authority: FI
Inventors: Kari Rajalahti
Original assignee: Kari Rajalahti
Priority date: 1993-10-04
Filing date: 1993-10-04
Publication date: 1996-01-31
Also published as: SE9403358L; FI934351A; FI934351A0; SE9403358D0; SE505221C2; FI96133C

Description

! 96133! 96133

Tuuliroottori Tämän keksinnön kohteena on kaksi eri roottorira-kennetta käsittävä tuuliroottori, jossa ensimmäisen root-5 torirakenteen muodostavat pystysuuntaisen akselin ympäri pyörivästi asennetut, ulospäin kaarevat roottorisiivet, jotka on muotoiltu poikkileikkaukseltaan niin, että tuuliroottori kykenee siirtämään tuulen tuomaa energiaa hyödynnettäväksi tuuliroottorin akseliin kytkettyyn voimalait-10 teeseen tai vastaavaan, kun roottorisiipien suurimman ke-hänopeuden suhde tuulen nopeuteen on olennaisesti vähintään 3, ja toisen roottorirakenteen muodostavat mainittuihin roottorisiipiin niiden kanssa samanakselisesti samalla nopeudella pyörivästi kytketyt, keskenään yhteydessä ole-15 vat kourumaiset tuuliroottorin kehän suunnassa samaan suuntaan asennetut roottoriosat, joihin vaikuttavan tuulen avulla koko tuuliroottorin pyörintäliike saadaan käynnistymäänThe present invention relates to a wind rotor with two different rotor structures, in which the first root-5 market structure is formed by outwardly curved rotor blades rotatably mounted about a vertical axis and shaped in cross section so that the wind rotor is capable of transmitting wind energy or the like, when the ratio of the maximum circumferential speed of the rotor blades to the wind speed is substantially at least 3, and the second rotor structure is formed by said rotor blades rotatably connected to said rotor blades at the same speed, interconnected gutter-shaped wind rotor parts mounted in the same direction allows the entire rotational motion of the wind rotor to start

Perinteisenä tuuliroottorina tunnetaan Savonius-20 roottori, jossa roottoriin vaikuttava ilmavirta ohjautuu kuppimaisten elimien kautta kääntöakselin ympäri ja näin saa aikaan roottoria kääntävän voiman. Edelleen tunnetaan Darrieus-roottori, jossa pystyakselin ympäri kääntyväksi on kiinnitetty ainakin kaksi ohuesta materiaalista valmis-25 tettua siipeä niin, että ne on päistään kiinnitetty pystyakselille ja samalla pakotettu keskikohdaltaan keskiakse-lista ulospäin kaarelle. Itse siipiprofiilin poikkileikkaus muistuttaa usein lentokoneen siipeä. Edelleen tunnetaan niin sanottu Giro-mylly, jossa pystyakseliin on kiin-30 nitetty pystyakselin suuntaisia siipiä matkan päähän pystyakselista. Siipien poikkileikkaus muistuttaa usein lentokoneen siiven poikkileikkausta, jolloin ilmavirta saa aikaan Giro-myllyä kääntävän voiman.The Savonius-20 rotor is known as a traditional wind rotor, in which the air flow acting on the rotor is directed through cup-shaped elements around the pivot axis and thus creates a rotating force. Furthermore, a Darrieus rotor is known in which at least two blades made of a thin material are fastened to pivot about a vertical axis, so that they are fixed at their ends to the vertical shaft and at the same time forced from the central axis outwards from the center to the arc. The cross section of the wing profile itself often resembles an airplane wing. A so-called Giro mill is further known, in which vertices parallel to the vertical axis are attached to the vertical axis at a distance from the vertical axis. The cross-section of the wings often resembles the cross-section of an airplane wing, whereby the air flow produces a turning force on the Giro mill.

Edellä esitetyissä tuuliroottorityypeissä on kui-35 tenkin toiminnallisesti suuria eroja. Esimerkiksi 2 96133However, there are large differences in the types of wind rotors presented above. For example, 2 96133

Savonius-roottori toimii erittäin hyvin pienellä kierros-luvulla ja pienikin ilmavirtaus saa sen pyörähtämään pystyakselinsa ympäri. Kuitenkin suurilla ilmavirtauksilla sen tehokerroin huononee, eikä sen käyttö tehonlähteenä 5 ole enää kannattavaa. Vastaavasti Darrieus-roottori toimii hyvin suurissakin ilmavirtauksissa. Kuitenkin esimerkiksi ilmavirtauksen kasvaessa niin suureksi, että se vastaa myrskytilannetta pienenee Darrieus-roottorin tehokerroin hyvin jyrkästi, jolloin sen turvapysäytys on helppo suo-10 rittaa ilman suuria pysäytyslaitteita. Ongelmana Darrieus-roottorin käytössä on kuitenkin se, että lähteäkseen pyörimään Darrieus-roottori vaatii erillisen voimanlähteen, kuten esimerkiksi sähkömoottorin tai vastaavan. Näin Darrieus-roottorin pyörimisnopeus saadaan riittävän suu-15 reksi, jotta Darrieus-roottori voisi itse synnyttää tarvittavan voiman pyöriäkseen. Giro-mylly muistuttaa toiminnaltaan hyvin paljon Darrieus-roottoria, mutta lähteäkseen pyörimään se ei tarvitse erillistä apua vaan sen toiminta-alue on laajempi kuin Darrieus-roottorin. Koska Giro-myl-20 lyn toiminta-alue on erittäin laaja se ei pysähdy itsestään esimerkiksi myrskytuulessa. Tällöin rakenteesta täytyy tehdä erittäin vahva ja myrskynkestävä, jolloin Giro-mylly muodostuu erittäin kalliiksi.The Savonius rotor works very well at low revs and even a small airflow causes it to rotate around its vertical axis. However, at high airflows, its power factor deteriorates and its use as a power source 5 is no longer profitable. Similarly, the Darrieus rotor works well even at high airflows. However, for example, when the air flow increases to such an extent that it corresponds to a storm situation, the power factor of the Darrieus rotor decreases very sharply, so that its safety stop is easy to perform without large stopping devices. However, the problem with using a Darrieus rotor is that the Darrieus rotor requires a separate power source, such as an electric motor or the like, to start rotating. In this way, the rotational speed of the Darrieus rotor is made large enough to allow the Darrieus rotor itself to generate the necessary force to rotate. The Giro mill resembles a Darrieus rotor very much in operation, but it does not need any special help to start rotating and has a wider operating range than the Darrieus rotor. Because the Giro-myl-20 lyn has a very wide operating range, it does not stop on its own in storm winds, for example. In this case, the structure must be made very strong and storm-resistant, which makes the Giro mill very expensive.

Koska eri tuuliroottorit ovat toiminnaltaan niin 25 erilaiset, voidaan niiden parhaimpia ominaisuuksia yhdistää. Erityisesti Savonius- ja Darrieus-roottorin yhdistelmä tuottaa hyvän kombinaation, jossa käyntiinlähdön suorittaa Savonius-roottori ja saavutettuaan Darrieus-roottorin käyttöalueen voidaan Darrieus-roottoria käyttää hyväk-30 si tehon synnyttämisessä. Tunnetaankin yhdistettyBecause the different wind rotors are so different in function, their best features can be combined. In particular, the combination of a Savonius and a Darrieus rotor produces a good combination in which the start-up is carried out by a Savonius rotor and, having reached the operating range of the Darrieus rotor, the Darrieus rotor can be used to generate acceptable power. It feels connected

Savonius- ja Darrieus-roottori, jossa pystyakseliin on liitetty Savonius-roottori niin, että Darrieus-roottorin siivekkeet on kiinnitetty pystyakselille Savonius-rootto-rin ylä- ja alapäästä. Kuten edellä on kerrottu Savonius-35 roottori hoitaa laitteiston käyntiinlähdön ja Darrieus- 11 3 96133 roottori on tarkoitettu synnyttämään tehoa tuulivoimasta. Kyseisen ratkaisun ongelmaksi muodostuu kuitenkin se, että asetettaessa Savonius-roottoreita Darrieus-roottorin lapojen väliin kokonaisuus muodostuu erittäin kömpelöksi ja 5 raskaaksi ja vastaavasti suurimmilla pyörimisnopeuksilla Savonius-roottorit toimivat ilmavirtauksen esteinä. Edelleen rakenteessa on monia osia, jolloin se on erittäin herkkä vaurioitumaan ja vastaavasti sen rakennuskustannukset ovat erittäin korkeat.Savonius and Darrieus rotor with a Savonius rotor connected to the vertical shaft so that the blades of the Darrieus rotor are attached to the vertical shaft from the top and bottom of the Savonius rotor. As described above, the Savonius-35 rotor handles the start-up of the equipment and the Darrieus-11 3 96133 rotor is designed to generate power from wind power. However, the problem with this solution is that when Savonius rotors are placed between the blades of the Darrieus rotor, the whole becomes very clumsy and heavy, and at the highest rotational speeds, respectively, the Savonius rotors act as obstacles to air flow. Furthermore, the structure has many parts, making it very susceptible to damage and, accordingly, its construction costs are very high.

10 US-julkaisussa 3 918 839 on esitetty laitteisto, jossa Darrieus-roottorin keskisalkoon on kiinnitetty käyn-nistinlaitteiksi kaksi Savonius-roottoria, jolloin Savonius-roottoreiden tehtävänä on kiihdyttää kokonaisuuden pyörimisnopeus Darrieus-roottorin toiminta-alueelle, 15 jonka jälkeen itse Darrieus-roottori toimii riittävän hyvällä hyötysuhteella tehon tuottamiseksi. Ongelmaksi muodostuu kuitenkin kyseisessä laitteessa sen monimutkainen rakenne. Näin ollen rakenneratkaisu on erittäin raskas ja erittäin kallis.U.S. Pat. No. 3,918,839 discloses an apparatus in which two Savonius rotors are attached to the center block of a Darrieus rotor as actuators, the Savonius rotors being used to accelerate the rotational speed of the assembly to the operating range of the Darrieus rotor, after which the Darrieus rotor itself operates. with sufficient efficiency to produce power. However, the problem with this device is its complex structure. Therefore, the structural solution is very heavy and very expensive.

20 Tämän keksinnön tarkoituksena on poistaa edellä mainittuja ongelmia ja mahdollistaa edullisen ja yksinkertaisen tuuliroottorin rakenne.The object of the present invention is to eliminate the above-mentioned problems and to enable an inexpensive and simple wind rotor structure.

Tälle keksinnölle on tunnusomaista se, että siinä on yksi kourumainen roottoriosa kutakin roottorisiipeä 25 kohden, että kourumaiset roottoriosat ja roottorisiivet on pareittain muodostettu yhtenäisiksi kokonaisuuksiksi niin, että kukin kourumainen roottoriosa on muodostettu rootto-risiiven alapäässä olevaksi tukirunkokokonaisuudeksi, jotka tukirunkokokonaisuudet on kytketty keskenään yhteen, ja 30 että roottorisiivet on vastaavasti yläpäästä kytketty yhteen, jolloin muodostuu tukirunkokokonaisuuden varassa oleva itsekantava roottorirakenne.The present invention is characterized in that it has one trough-shaped rotor part for each rotor blade 25, that the trough-shaped rotor parts and the rotor blades are formed in pairs so that each trough-shaped rotor part is formed as a support frame at the lower end of the rotor vane. 30 that the rotor blades are correspondingly connected together at the upper end, whereby a self-supporting rotor structure resting on the support frame assembly is formed.

Tämän keksinnön olennainen ajatus on siinä, että Darrieus-roottorin siipeen yhdistetään Savonius-roottorin 35 rakenne, jolloin tuuliroottorista saadaan erittäin yksin- 4 96133 kertainen ja toimintavarma yksikkö, jolla on hyvät käyn-nistymisominaisuudet ja vastaavasti myrskytilanteissa sen tuulipinta-ala on erittäin pieni, jolloin se on helppo pysäyttää, eikä tuuliroottoriin kohdistu liiallisia rasi-5 tuksia. Edelleen olennainen ajatus on, että Savonius-root-tori sijoitetaan Darrieus-roottorin lapaan niin, että erillistä Savonius-roottorikokonaisuutta ei tarvita Darrieus-roottorin yhteyteen. Vastaavasti olennainen ajatus on, että kyseinen tuuliroottorin lapa voidaan valmis-10 taa kevyestä aineesta, kuten esimerkiksi hiilikuidusta, jolloin keveyden lisäksi tuuliroottorin lapa muodostuu erittäin kestäväksi. Edelleen olennainen ajatus on sijoittaa Savonius-roottori Darrieus-roottorin pystyakselin kiinnityskohtaan, jolloin kokonaisuudesta saadaan erittäin 15 yksinkertainen, jolloin Savonius-roottori muodostaaThe essential idea of the present invention is to combine the structure of the Savonius rotor 35 with the blade of a Darrieus rotor, whereby the wind rotor becomes a very simple and reliable unit with good starting properties and correspondingly a very small wind area in storm situations, whereby it is easy to stop and the wind rotor is not subjected to excessive stresses. A further essential idea is that the Savonius root rotor is placed on the blade of the Darrieus rotor so that a separate Savonius rotor assembly is not required in connection with the Darrieus rotor. Correspondingly, the essential idea is that the wind rotor blade in question can be made of a light material, such as carbon fiber, whereby, in addition to lightness, the wind rotor blade becomes very durable. A further essential idea is to place the Savonius rotor at the point of attachment of the vertical axis of the Darrieus rotor, making the whole very simple, so that the Savonius rotor forms

Darrieus-roottorille tukirungon ja kokonaisuudesta muodostuu itsestäänkantava kevyt kokonaisuus. Näin ollen kyseinen tuuliroottorin siipilapa on myös halpa ja helppoval-misteinen.For the Darrieus rotor, the support frame and assembly form a self-supporting lightweight assembly. Therefore, this wind rotor vane is also inexpensive and easy to manufacture.

20 Keksintöä selitetään tarkemmin seuraavissa piirus tuksissa, joissa kuvio 1 esittää keksinnön mukaista tuuliroottorin siipilapaa sivulta katsottuna, kuvio 2 keksinnön mukaista siipilapaa toiselta si-25 vulta nähtynä ja kuvio 3 esittää keksinnön mukaisista siipilavoista konstruktoitua kolmea siipilavan tuuliroottoria.The invention will be explained in more detail in the following drawings, in which Figure 1 shows a side view of a wind rotor vane according to the invention, Figure 2 shows a vane according to the invention from the other side and Figure 3 shows three vane wind turbines constructed from vane blades according to the invention.

Kuviossa 1 on esitetty tuuliroottorin siipilapa 1, joka osaltaan muodostuu sinänsä tunnetusta ulospäin kaare-30 vasta roottorisiivestä eli Darrieus-roottorin siipilavasta 2 ja myös sinänsä tunnetusta kourumaisesta roottoriosasta eli Savonius-roottorin siivestä 3, joihin ei tässä hakemuksessa sen tarkemmin puututa. Kuviossa 1 on esitetty havainnollisuuden vuoksi vain yksi tuuliroottorin siipilapa 35 1. Toimiakseen on tuuliroottorissa oltava vähintään kaksi il 5 96133 siipilavan 1 mukaista kokonaisuutta. Siipilavan 1 Darrieus-siiven 2 poikkileikkaus on edullisimmillaan tuulen kohtausreunasta paksumpi kuin ilmavirtauksen jättö-reunasta. Kuviossa 1 ilmavirtauksen jättöreunaa on merkit-5 ty viitenumerolla 4a ja kuviossa 2 tuuliroottorin siipilavan 1 kohtausreunaa viitenumerolla 4b. Siipilavan 1 kiin-nitysosa 5 on muodostettu rakenteeltaan erittäin kestäväksi, koska kiinnitysosaan on muodostettu tukirunkokokonai-suus, joka koostuu tukirungoista 6a, 6b ja 6c sekä kuvios-10 sa 2 näkyvästä tukirungosta 6d. Näin ollen kiinnitysosaan 5 on voitu tukirunkojen 6a - 6d väliin muotoilla Savonius-roottorin siipi 3. Vastaavasti kyseisellä tukirunkokoko-naisuus-järjestelyllä 6a - 6d saadaan Darrieus-roottorin siivestä 2 erittäin tukeva ja itsestäänkantava rakenne, 15 eikä erityistä keskisalkoa siipilavan 1 pisteiden 7a ja 7b väliin tarvita. Tuuliroottorin siipilavan 1 kiinnitysosan 5 vastakkaiseen päähän 8 on tehty levennys siipilavan 1 kiinnittämisen helpottamiseksi toiseen vastaavaan siipila-paan. Vastaavasti siipilavan 1 kiinnitysosan 5 tukirunko-20 konstruktiolla 6a - 6d saadaan aikaiseksi siipilavan 1 itsekantavuus. Kun kyseinen siipilapa liitetään toiseen vastaavaan siipilapaan saadaan aikaiseksi erittäin hyvin rasitusta kestävä kokonaisuus ja edelleen käytettäessä kolmea siipilapaa muodostuu tuuliroottorista vieläkin kes-25 tävämpi ja erittäin stabiili toimiva kokonaisuus.FIG. Figure 1 shows, for the sake of clarity, only one wind rotor vane 35 1. In order to operate, the wind rotor must have at least two units according to the vane blade 1. The cross-section of the Darrieus wing 2 of the vane 1 is, at its most preferred, thicker from the edge edge of the wind than from the trailing edge of the air flow. In Fig. 1, the trailing edge of the air flow is denoted by reference numeral 4a, and in Fig. 2, the encounter edge of the wind rotor vane 1 by reference numeral 4b. The fastening part 5 of the wing blade 1 is formed to be very durable in structure because a support frame assembly consisting of support frames 6a, 6b and 6c and a support frame 6d shown in Figs. Thus, it is possible to form a Savonius rotor blade 3 between the support frames 6a to 6d. in between required. An extension is made at the opposite end 8 of the mounting part 5 of the vane blade 1 of the wind rotor to facilitate the attachment of the vane 1 to another corresponding vane piece. Correspondingly, by the construction 6a to 6d of the support frame-20 of the fixing portion 5 of the wing blade 1, the self-bearing capacity of the wing blade 1 is provided. When this vane is connected to another corresponding vane, a very stress-resistant assembly is obtained, and with the continued use of the three vane blades, the wind rotor forms an even more durable and very stable functional assembly.

Kuviossa 2 on esitetty tuuliroottorin siipilapa 1 toiselta sivulta. Tukirungon osa 6d on muodostettu pussi-maiseksi, jolloin se tukee erittäin hyvin Darrieus-rootto-rin siipeä 2 siiven 2 vastakkaisen pään 8 omasta painosta 30 aiheutuvaa voimaa vasten. Tukirungon 6d pussimainen muotoilu helpottaa myös ilman ohjaamista Savonius-roottorin siivessä 3. Vastaavasti pussimaisella muotoilulla saadaan tuuliroottorin siipilavan 1 aerodynaaminen muotoilu erittäin hyväksi, jolloin kyseisellä siipilavalla päästään 35 erittäin hyviin hyötysuhdearvoihin.Figure 2 shows the vane blade 1 of the wind rotor from one side. The part 6d of the support body is formed in the form of a bag, whereby it supports the wing 2 of the Darrieus rotor very well against the force caused by the own weight 30 of the opposite end 8 of the wing 2. The bag-like design of the support frame 6d also facilitates air control in the Savonius rotor blade 3. Correspondingly, the bag-like design gives a very good aerodynamic design of the wind rotor vane blade 1, whereby very good efficiency values are obtained with said vane blade.

6 961336 96133

Kuviossa 3 on esitetty kolmen siipilavan muodostama tuuliroottori 9, jossa kiinnitys voidaan suorittaa kolmen siipilavan tukirunkokokonaisuuksista 10a - 10c muodostuvien kiinnitysosien 5 avulla. Vastaavasti vastakkaiset päät 5 8 tukeutuvat toisiinsa ja muodostavat näin tukevan koko naisuuden. Edelleen Savonius-roottorin siivet 3 helpottavat tuuliroottorin pyörimään lähtöä. Koska siipilavat on sijoitettu toisiinsa nähden 120°:n välein, lähtee tuuliroottori pyörimään ilmavirtauksen suunnasta riippumatta.Figure 3 shows a wind rotor 9 formed by three vane blades, in which the fastening can be performed by means of fastening parts 5 consisting of three blade blade support frame assemblies 10a to 10c. Correspondingly, the opposite ends 5 8 rest on each other and thus form a supportive whole femininity. Furthermore, the blades 3 of the Savonius rotor facilitate the rotation of the wind rotor. Because the vane blades are spaced 120 ° apart, the wind rotor begins to rotate regardless of the direction of airflow.

10 Keksintö ja siihen liittyvä selitys on tarkoitettu vain havainnollistamaan keksinnön ajatusta. Yksityiskohdiltaan voi keksinnön mukainen tuuliroottorin siipilapa vaihdella patenttivaatimusten puitteissa. Niinpä esimerkiksi kiinnitysosan 5 tukirungon 6a - 6d muotoilua voidaan 15 muuttaa halutulla tavalla. Oleellisinta kuitenkin on, että kiinnitysosan 5 tukirungon 6a - 6d vaikutuksesta ei pisteiden 7a ja 7b välille tarvita erillistä keskisalkoraken-netta vaan siipilapa 1 on itsekantava rakenne.The invention and the related description are only intended to illustrate the idea of the invention. The details of the wind rotor vane according to the invention may vary within the scope of the claims. Thus, for example, the shape of the support body 6a to 6d of the fastening part 5 can be changed as desired. Most importantly, however, under the influence of the support frame 6a to 6d of the fastening part 5, a separate central substructure structure is not required between the points 7a and 7b, but the vane blade 1 is a self-supporting structure.

lili

Claims

A wind rotor comprising two different rotor designs, in which a first rotor structure is formed by leaking bending rotor blades (2) arranged to rotate about a vertical axis and which rotor blades in cross section are designed so that the wind rotor (9) can transmit wind energy to be utilized. in a power machine or the like connected to the shaft of the wind rotor (9), where the highest peripheral speed of the rotor blades (2) relative to the speed of the wind is substantially at least 3, and a second rotor structure is formed of interconnected glandular rotor parts (3) which are coaxially coupled to said rotor blades to rotate with them at the same speed and which rotor parts are arranged in the same direction as the circumferential direction of the wind rotor and by means of which, by means of the impacting wind, the entire rotary movement of the wind rotor is initiated, characterized in that it exhibits a tapered rotor part (3) for each rotor blade (2), that the tapered rotor parts (3) and the rotor blades (2) are made in pairs as continuous units in such a way that each tubular rotor part (3) is formed as a support body unit (10a) located in the lower end of the rotor blade (2), which support body units (10). 10a-10c) are interconnected with each other, and the rotor blades (2) are similarly interconnected at their upper end (8), whereby a self-supporting rotor structure supported by the support body assembly (10a-10c) is formed.

Wind turbine according to claim 1, characterized in that the gutter-shaped rotor parts (3) are assembled in a separate air duct running in the axis direction of the wind rotor (9), to guide the air passing through them through the air duct for other use. Il 96133

Wind rotor according to claim 1 or 2, characterized in that the wind rotor (9) is made of carbon fiber or corresponding fiber material.