FI99046C

FI99046C - The flow Powerplant

Info

Publication number: FI99046C
Application number: FI955246A
Authority: FI
Inventors: Jukka Karjalainen
Original assignee: Jella Ky
Priority date: 1995-11-02
Filing date: 1995-11-02
Publication date: 1997-09-25
Also published as: FI99046B; FI955246A0

Description

9904699046

VirtausvoimalaiteThe flow Powerplant

Keksinnön kohteena on virtausvoimalaite, erityisesti tuulivoiman hyödyntämiseksi, johon laitteeseen kuuluu sopivimmin 5 oleellisesti pystysuoraan asennettava voimansiirtoakseli ja vähintään yksi voimansiirtoakselia pyörittämään järjestetty siipipari, joka muodostuu voimansiirtoakselin vastakkaisille puolille järjestetyistä, kulloinkin kahdesta siipipuoliskos-ta muodostetuista siivistä, jolloin siipiparin vastakkaiset 10 siivet on yhdistetty toisiinsa kahdella voimansiirtoakseliin nähden poikittain ulottuvalla ja kiertyvästi laakeroidulla kiertoakselilla siten, että siipiparin voimansiirtoakseliin nähden vastakkaiset siipipuoliskot on liitetty kiertymättö-mästi samaan kiertoakseliin ja kiertoakselit puolestaan on 15 liitetty toisiinsa siten, että toisen kiertoakselin kiertyminen aiheuttaa vastakkaissuuntaisen kiertymisen toiseen kiertoakseliin, jolloin siipipuoliskot on liitetty kiertoak-seleihin siten, että toisen siiven siipipuoliskojen ollessa avoimessa asennossa toisen siiven siipipuoliskot ovat sulje-20 tussa asennossa.The invention relates to a flow power device, in particular for utilizing wind power, which device preferably comprises 5 substantially vertically mounted transmission shafts and at least one pair of vanes arranged to rotate the transmission shaft. with an axis of rotation extending transversely to the transmission shaft and rotatably mounted so that the wing halves opposite to the transmission shaft of the wing pair are non-rotatably connected to the same axis of rotation and the axes of rotation are connected to each other so that the rotation that the wing halves of the second wing are in the open position sa the wing halves of the second wing are in the closed-20 position.

Tällainen laite on tunnettu sveitsiläisestä patenttijulkaisusta CH-676 279. Siinä esitetyssä ratkaisussa kukin siipipari on laakeroitu onttoon, suurihalkaisijäiseen voi-25 mansiirtoakseliin, mikä tekee rakenteesta valmistusteknisestä hankalan ja kalliin.Such a device is known from the Swiss patent publication CH-676 279. In the solution disclosed therein, each pair of wings is mounted on a hollow, large-diameter power transmission shaft, which makes the structure cumbersome and expensive from a manufacturing point of view.

Tunnetun laitteen mainittujen epäkohtien poistamiseksi on keksinnön mukaisessa virtausvoimalaitteessa järjestetty 30 siten ja keksinnön mukainen virtausvoimalaite on tunnettu siitä, että siipiparin siipien väliin on järjestetty runkokappale, johon kiertoakselit on pyörivästi laakeroidusta liitetty siten, että siipipari yhdessä kiertoakselien ja runkokappaleen kanssa muodostaa toimintavalmiin yksikön, 35 joka yksinään tai yhdessä yhden tai useamman vastaavanlaisen yksikön kanssa on järjestetty kiinnitettäväksi voimansiirto-akseliin. Siipipari voidaan tehdä täysin valmiiksi, jolloin 2 99046 itse asennuspaikalla riittää, että siipipari tai haluttu määrä siipipareja nostetaan paikalleen ja kiinnitetään voimansiirtoakseliin.In order to eliminate said drawbacks of the known device, the flow power device according to the invention is arranged 30 and the flow power device according to the invention is characterized in that a body is rotated between the wings of a pair of vanes, to which rotary shafts are rotatably mounted so that the pair of vanes together or together with one or more similar units are arranged to be attached to the transmission shaft. The pair of vanes can be completely completed, so that at 2 99046 the installation site itself, it is sufficient for the pair of vanes or the desired number of pairs of vanes to be lifted into place and attached to the transmission shaft.

5 Siipipuoliskojen laakeroinnin ja tuennan parantamiseksi on edullisesti järjestetty siten, että runkokappaleeseen on liitetty tuki siipipuoliskojen kiertoakseleiden vapaiden päiden tuentaa varten.In order to improve the bearing and support of the wing halves, it is preferably arranged that a support is connected to the body for supporting the free ends of the rotary shafts of the wing halves.

10 Keksinnön muut edulliset edelleenkehitelmät ilmenevät ali-vaatimuksista.Other preferred further developments of the invention appear from the subclaims.

Keksintöä selostetaan seuraavassa lähemmin viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa: 15The invention will now be described in more detail with reference to the accompanying drawings, in which:

Kuvio 1 esittää kaaviollisena perspektiivikuvantona keksinnön mukaista virtausvoimalaitetta.Figure 1 shows a schematic perspective view of a flow power device according to the invention.

Kuvio 2 esittää kaaviollisena osakuvantona voimansiirtoakse-20 lia siihen liitettyine runkokappaleineen (siivet poistettuina).Figure 2 is a schematic fragmentary view of a transmission shaft with associated body members (wings removed).

Kuviossa 1 on esitetty kaaviollisesti keksinnön mukainen virtausvoimalaite, joka erityisesti on tarkoitettu tuulivoi-25 man hyödyntämiseksi, mutta jota laitetta voidaan käyttää minkä tahansa virtaavan väliaineen yhteydessä, esimerkiksi virtaavassa vedessä vesivoiman hyödyntämiseksi.Figure 1 schematically shows a flow power plant according to the invention, which is specifically intended for utilizing wind power, but which device can be used in connection with any flowing medium, for example in running water for utilizing hydropower.

Laitteeseen kuuluu pystysuoraan asennettava voimansiirtoak-30 seli 1 ja vähintään yksi voimansiirtoakselia pyörittämään järjestetty siipipari. Siipipari muodostuu voimansiirtoakse-lin 1 vastakkaisille puolille järjestetyistä, kulloinkin kahdesta siipipuoliskosta 3, 4 muodostetuista siivistä 2.The device comprises a vertically mounted transmission shaft 30 and at least one pair of vanes arranged to rotate the transmission shaft. The pair of vanes consists of vanes 2 arranged on opposite sides of the transmission shaft 1, in each case formed by two wing halves 3, 4.

35 99046 335 99046 3

Siipiparin vastakkaiset siivet 2 on yhdistetty toisiinsa kahdella voimansiirtoakseliin 1 nähden poikittain ulottuvalla ja kiertyvästi laakeroidulla kiertoakselilla 5, 6. Siipiparin voimansiirtoakseliin 1 nähden vastakkaiset 5 siipipuoliskot 3, 3; 4, 4 on liitetty kiertymättömästi samaan kiertoakseliin 5; 6.The opposite vanes 2 of the wing pair are connected to each other by two rotating shafts 5, 6 extending transversely to the transmission shaft 1 and rotatably mounted. The wing halves 3, 3 of the wing pair 5, 3 opposite to the transmission shaft 1; 4, 4 are non-rotatably connected to the same axis of rotation 5; 6.

Kiertoakselit 5, 6 on liitetty toisiinsa siten, että toisen kiertoakselin kiertyminen aiheuttaa vastakkaissuuntaisen 10 kiertymisen toiseen kiertoakseliin. Kuviossa 1 esitetyssä sovellutusesimerkissä tämä on toteutettu siten, että kierto-akseleiden 5, 6 molempiin vapaisiin päihin on järjestetty toistensa suhteen jatkuvasti hammaskosketuksessa olevat hammaspyörät 9, 10.The rotary shafts 5, 6 are connected to each other so that the rotation of the second axis of rotation causes the rotation 10 in the opposite direction to the second axis of rotation. In the embodiment example shown in Fig. 1, this is realized in such a way that gears 9, 10 which are in continuous tooth contact with one another are arranged at both free ends of the rotary shafts 5, 6.

1515

Siipipuoliskot 3, 4 on liitetty kiertoakseleihin 5, 6 siten, että toisen siiven siipipuoliskojen ollessa avoimessa asennossa, kuviossa 1 etualalla olevat siipipuoliskot, toisen siiven siipipuoliskot ovat suljetussa asennossa, kuviossa 1 20 taka-alalla olevat siipipuoliskot. Tuulen suuntaa on merkitty nuolella A.The wing halves 3, 4 are connected to the rotary shafts 5, 6 so that when the wing halves of the second wing are in the open position, the wing halves in the foreground in Fig. 1, the wing halves in the second wing are in the closed position, the wing halves in the rear in Fig. 1. The wind direction is indicated by the arrow A.

Siipiparin siipien 2 väliin on järjestetty runkokappale 7, johon kiertoakselit 5, 6 on sinänsä tunnetulla tavalla 25 pyörivästi laakeroidusti ja aksiaalisesti siirtymättömästi liitetty. Runkokappale 7 puolestaan on kiinnitetty kiertymättömästi voimansiirtoakseliin 1.A body 7 is arranged between the wings 2 of the pair of wings, to which the rotary shafts 5, 6 are rotatably mounted and axially non-displaceably connected in a manner known per se. The body 7 is in turn non-rotatably attached to the transmission shaft 1.

Kuvion 2 mukaisessa sovellutusesimerkissä on esitetty eräs 30 edullinen tapa kiinnittää runkokappale 7 voimansiirtoakseliin 1. Mastoon 13 pyörivästi laakeroidun voimansiirtoakse-lin 1 maston 13 ulkopuolinen yläpää on muodostettu halutun mittaisista osista, jotka on varustettu kiinnityslaipalla 11, jolloin kukin runkokappale 7 on järjestetty kiinnitettä-35 väksi kahden tällaisen laipan 11 väliin.An embodiment 30 according to Fig. 2 shows a preferred way of fastening the body 7 to the transmission shaft 1. The upper end of the shaft 13 of the transmission shaft 1 rotatably mounted on the mast 13 is formed of parts of the desired length provided with a fastening flange 11, each body 7 being arranged between two such flanges 11.

99046 499046 4

Laipalla 11 varustetun akselin 1 ja runkokappaleen 7 kohdistamiseksi toistensa suhteen on akselin 1 päähän järjestetty keskitysuloke 14 ja runkokappaleeseen 7 vastaava keskitysko- 10 15. Kiertoakselit 5, 6 ovat kohtisuorassa voimansiirtoak-5 sellin 1 nähden ja kulkevat sen keskiakselin kautta. Laippa 11 ja runkokappale 7 on kiinnitetty toisiinsa ruuveilla 16.In order to align the shaft 1 provided with the flange 11 and the body 7 with respect to each other, a centering projection 14 and a corresponding centering point 10 15 are arranged at the end of the shaft 1. The rotary shafts 5, 6 are perpendicular to the transmission shaft 5 and pass through its central axis. The flange 11 and the body 7 are fastened to each other by screws 16.

Edellä kuvatun rakenteen ansiosta voimansiirtoakselille 1 voidaan sovittaa välin päähän toisistaan ja samankeskisesti 10 useita runkokappaleita ja siten useita siipipareja. Akselin 1 ylinpään kohtaan voidaan järjestää tarvittaessa kiinni-tyselin haruksia varten akselin 1 tuennan parantamiseksi.Due to the structure described above, several body pieces and thus several pairs of vanes can be arranged at a distance from each other and concentrically 10 on the transmission shaft 1. If necessary, a fastening member can be provided at the top end of the shaft 1 for the branches to improve the support of the shaft 1.

Siipipari yhdessä kiertoakselien 5, 6 ja runkokappaleen 7 15 kanssa on muodostettu toimintavalmiiksi yksiköksi. Siipien 2 toiminnan varmistamiseksi on runkokappaleeseen 7 edullisesti liitetty runkokappaleesta 7 kiertoakseleiden 5, 6 suuntaisesti ulkoneva tuki 8, jonka vapaaseen päähän on liitetty laakerointituki 12 siipipuoliskojen 3, 4 kiertoakseleiden 5, 20 6 vapaiden päiden tuentaa varten.The pair of vanes together with the rotary shafts 5, 6 and the body 7 15 are formed as a ready-to-operate unit. In order to ensure the operation of the vanes 2, a support 8 projecting from the body 7 in the direction of the rotary shafts 5, 6 is preferably connected to the body 7, at the free end of which a bearing support 12 is connected to support the free ends of the rotor shafts 5, 20 6.

Tuki 8, joka muodostuu esimerkiksi pyörötangosta tai muusta sopivan alhaisen ilmanvastuksen omaavasta kappaleesta, on kuvion 1 esimerkissä järjestetty siipiparin molempien siipi-25 en 2 liikesuunnassa tarkasteltuna siiven etupuolelle. Tuki 8 voi olla tarvittaessa myös sekä siiven etu- että takapuolella. Tällöin tuet 8 voivat jatkua, esim. yhtenäisinä tankoina runkokappaleen 7 lävitse. Ilmanvastuksen kannalta on kuitenkin yleensä edullista muotoilla liikesuunnassa tarkasteltuna 30 siiven etupuolella oleva tuki 8 erilaiseksi kuin liikesuunnassa siiven etureunan takapuolella oleva tuki 8.The support 8, which consists, for example, of a round rod or other body having a suitably low air resistance, is arranged in the example of Fig. 1 in the direction of movement of both wings 2 of the pair of wings viewed from the front of the wing. If necessary, the support 8 can also be on the front and back of the wing. In this case, the supports 8 can continue, e.g. as continuous bars through the body 7. However, from the point of view of air resistance, it is generally advantageous to design the support 8 on the front of the wing 30 in the direction of movement differently from the support 8 on the front edge of the wing in the direction of movement.

Tuen 8 vapaasta päästä poikittain ulkoneva levymäinen kappale muodostaa laakerointituen 12 kiertoakseleille 5, 6 ja 35 siten myös siipipuoliskoille 3, 4. Tuki 8 ja laakerointituki 12 voivat muodostaa keskenään yhtenäisen osan. Myös runko-kappaleen 7 vastakkaisilla puolilla olevat tuet 8,12 li 99046 5 voivat muodostua yhtenäisestä kappaleesta.The plate-like body projecting transversely from the free end of the support 8 forms a bearing support 12 for the rotary shafts 5, 6 and 35, thus also for the wing halves 3, 4. The support 8 and the bearing support 12 can form an integral part of each other. The supports 8.12 or 99046 5 on opposite sides of the body body 7 can also consist of a unitary body.

Siipipuoliskot 3, 4 on kiinnitetty kiertoakseliin 5, 6 etu-reunastaan.The wing halves 3, 4 are attached to the rotary shaft 5, 6 at their front edge.

55

Siipiparit ovat kiertoakseleilla 5, 6 siten, että kun akseleiden toisen pään siipipari on kääntynyt kulmaan 0° toistensa suhteen, on toisen pään siipipari kulmassa 2a toistensa suhteen ja toinen siipiparin siipi 2 kulmassa a vaaka-10 tasoon nähden. Kulma a on pienempi tai yhtä suuri kuin 90° ja sen suuruus valitaan siten, että avoimen siipiparin ilmanvastuskerroin on mahdollisimman suuri.The wing pairs are on the rotary shafts 5, 6 so that when the wing pair of one end of the shafts is turned at an angle of 0 ° with respect to each other, the wing pair of the other end is at an angle 2a with respect to each other and the other wing wing 2 The angle α is less than or equal to 90 ° and its magnitude is chosen so that the coefficient of drag of the open wing pair is as large as possible.

Virtausvoimalaitteen toiminta tapahtuu seuraavalla tavalla.The operation of the flow power unit is as follows.

1 51 5

Jos siipiparin tuen 8 puoleinen puoli on virtausta vastaan, pyrkii siipipari ilmanvastuksen vaikutuksesta sulkeutumaan. Tällöin voimansiirtoakselin 1 vastakkaisella puolella olevan siipiparin suunta virtaukseen nähden on päinvastainen, joten 20 se pyrkii avautumaan. Avoimen siipiparin ilmanvastus on suurempi suuren pinta-alan johdosta ja voimansiirtoakseli 1 lähtee pyörimään.If the 8-side side of the wing pair support is against the flow, the wing pair tends to close due to air resistance. In this case, the direction of the pair of vanes on the opposite side of the transmission shaft 1 with respect to the flow is opposite, so it tends to open. The air resistance of the open wing pair is higher due to the large surface area and the transmission shaft 1 starts to rotate.

Koska siipiparit on kytketty kiertoakseleilla 5, 6 ja kier-25 toakselit puolestaan hammaspyörillä 8,9 toisiinsa, pakottaa toinen siipipari virtauksesta riippuen toisensa joko avautumaan tai sulkeutumaan. Näin tuulen suunnasta riippumatta muodostuu voimansiirtoakselin 1 toiselle puolelle suurempi vastustava voima, joka saa voimansiirtoakselin pyörimään 30 tiettyyn suuntaan.Since the pairs of vanes are connected to each other by rotary shafts 5, 6 and rotary axes 25 by gears 8.9, one pair of vanes forces each other to open or close, depending on the flow. Thus, regardless of the direction of the wind, a larger resistive force is generated on the other side of the transmission shaft 1, which causes the transmission shaft to rotate 30 in a certain direction.

Edellä kuvattuja siipimekanismeja voidaan asentaa useita päällekkäin toisiinsa nähden eri kulmiin, jolloin käynnisty-vyys paranee.The several wing mechanisms described above can be mounted one on top of the other at different angles to each other, whereby the start-up is improved.

Claims

6 PP046

A flow power plant, in particular for utilizing wind power, preferably comprising a substantially vertically mounted transmission shaft (1) and at least one pair of vanes arranged to rotate the transmission shaft, consisting of two wing halves (3) each arranged on opposite sides of the transmission shaft (1). (2), wherein the opposite vanes (2) of the wing pair 10 are connected to each other by two rotating axes (5, 6) extending transversely to the transmission shaft (1) and rotatably mounted so that the wing halves (3), 3, 3 opposite to the transmission shaft (1); 4) are non-rotatably connected to the same axis of rotation (5; 6) and the axes of rotation are in turn connected to each other such that rotation of the second axis of rotation causes counter-rotation to the other axis of rotation, the wing halves (3, 4) being connected to the axes of rotation (5, 6) when the wing halves of the wing-20 are in the open position, the wing halves of the second wing are in the closed position, characterized in that a body (7) is arranged between the wings (2) of the wing pair, to which the rotary shafts (5, 6) are rotatably mounted so that the pair of vanes together with the rotary shafts (5, 6) and the body (7) form a functional unit which, alone or in combination with one or more similar units, is arranged to be fixed to the transmission shaft (1).

Device according to Claim 1, characterized in that a support (8) is connected to the body (7) for supporting the free ends of the rotary shafts (5, 6) of the wing halves (3, 4).

Device according to Claim 1 or 2, characterized in that the support is arranged in the direction of movement of the wing 99046 7 viewed from the front and / or the rear of the front edge of the wing.

Device according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the wing halves (3, 4) are fastened to the axis of rotation (5, 6) at their leading edge.

Device according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the axes of rotation (5, 6) are perpendicular to the transmission shaft (1) and run through its central axis.

Device according to Claim 5, characterized in that the transmission shaft (1) is formed at least in part by parts with flanges (11) at their ends, between the parts of which each body piece (7) is centrally connected. 99046 8