PL185069B1 - Sposób wykorzystania wiatru do napędu obrotu wirnika w silniku wiatrowym oraz silnik wiatrowy - Google Patents

Abstract

Sposób wykorzystania wiatru do napędu wirnika w silniku wiatrowym z osiami prostopadłymi łopatek do kierunku wiatru i z rozmieszczonymi promieniście ramionami wirnika i z symetrycznie rozmieszczonymi mimośrodowo łopatkami, znamienny tym, że parcie siły wiatru (W) przenosi się na obrotowo osadzone w ramionach, (1) i (2) łopatki (3), których oś obrotu (o) przebiega wzdłuż pionowych krawędzi tych łopatek (3), przy czym ich usytuowanie w czopach (4) łopatek (3) znajduje się w odległości (si) i (S2) o wzajemnym stosunku (si) do (S2) co najwyżej jak 1 do 2, a w kolejnych fazach obrotu wirnika(I), (II), (III) i (IV) łopatki (3) ustawiająsię swobodnie do kierunkuwiatru (W) aż do oporu na przestawnych zderzakach (5). 2. Silnik wiatrowy z prostopadłymi osiami łopatek wirnika do kierunku wiatru i z rozmieszczonymi promieniście ramionami wraz z symetrycznie rozmieszczonymi mimośrodowo łopatkami, znamienny tym, że między ramionami (1) i (2), każde o długości (h) i rozstawionymi równolegle w pionie w odległości (h) rozmieszczone są obrotowo sztywne lub/i wiotkie łopatki (3) o kształcie prostokątnym o szerokości (s) i wysokości (hi) i osadzone na dwóch czopach (4) każda w odległości (I2) od wolnych końców ramion (1) i (2), natomiast miejsca zamocowania czopów (4) do górnych i dolnych krawędzi łopatek (3) rozmieszczone sąw odległościach (si) i (S2), których wzajemny stosunek (si) do (S2) ma się co najwyżej jak 1 do 2, nadto na wewnętrznych powierzchniach ramion (1) i (2) wbudowane sąprzeciwległe po dwa przestawne zderzaki oporowe (5) zwalniające lub ograniczające obrót łopatek (3) pod naporem siły wiatru (W), przy czym zderzaki (5) uruchamiane są automatycznie lub/i mechanicznie.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wykorzystania wiatru do napędu obrotu wirnika w silniku wiatrowym oraz silnik wiatrowy wolnoobrotowy, przeznaczony do przekształcania energii naturalnej wiatru w użyteczną moc mechaniczną, na przykład do wytwarzania energii elektrycznej.

Znane są różne rozwiązania konstrukcyjne silników wiatrowych z osią obrotu pokrywającą się z kierunkiem wiatru lub z osią prostopadłą do kierunku wiatru. Na przykład silnik według polskiego opisu patentowego nr 161 422 pt.: „Turbina wiatrowa” ma pionową oś napędową połączoną poprzez rozmieszczone promieniście ramiona z symetrycznie zamocowanymi na końcach pionowymi łopatkami, tworzącymi wirnik. Każda pionowa łopatka osadzona jest na osi, dzielącej ją na czołową o większej powierzchni i część ogonową o powierzchni mniejszej, w których część czołowa i ogonowa mająjednakowe masy. Nadto poszczególne pionowe łopatki w węzłach łączących je z ramionami poziomymi mają mechanizm ograniczaj ąco-zabezpieczający.

Sposób wykorzystania wiatru do napędu obrotu wirnika w silniku wiatrowym według wynalazku polega na oddziaływaniu parcia siły wiatru na łopatki, odpowiednio osadzonych w ramionach wirnika. Oś obrotu łopatek przebiega wzdłuż ich pionowych krawędzi i umiejscowiona jest każda w różnych odległościach od krawędzi, których wzajemny stosunek ma się co najwyżej jak 1 do 2. W kolejnych fazach obrotu wirnika łopatki ustawiają się swobodnie pod wpływem parcia wiatru w różnych kierunkach i tak w fazie I w położeniu A ramion łopatka przyj muje położenie prostopadłe do kierunku wiatru W, w którym większa płaszczyzna łopatki opiera się na dwóch zderzakach oporowych, natomiast w dalszych ramionach w położeniu B i C łopatki ustawiają się równolegle do kierunku wiatru W, dłuższymi krawędziami poprzecznymi na zewnątrz. W fazie II w położeniu A łopatka nadal opiera się na zderzakach, zaś w położeniu B

185 069 łopatka ustawia się równolegle do kierunku wiatru W większą płaszczyzną na zewnątrz, natomiast w położeniu C łopatka ustawia się również w kierunku wiatru W lecz większąpłaszczyzną skierowaną do osi wirnika i po przeciwnej stronie zderzaków, w fazie III w położeniu A łopatka ustawia się do kierunku wiatru W większąpłaszczyznąskierowaną do osi wirnika, w położeniu B łopatka ustawia się również w kierunku wiatru W lecz większą płaszczyzną skierowaną na zewnątrz, zaś w położeniu C łopatka przylega do zderzaków pod częściowym parciem wiatru W oraz w fazie IV w położeniu A łopatka po odchyleniu się od kierunku wiatru W zmienia swoje poprzednie położenie, to jest większą płaszczyzną ustawia się na zewnątrz, natomiast w położeniach B i C łopatki ustawiają się jak w fazie III. Ponadto zderzaki oporowe, zamocowane do ramion wirnika przestawnie, uruchamiane są automatycznie lub/i mechanicznie, które w zależności od ich ustawienia zwalniają lub blokują obrót łopatek wokół własnych osi w zależności od kierunku parcia siły wiatru W.

Silnik wiatrowy według wynalazku ma między ramionami, rozstawionymi w pionie równolegle w określonej odległości, osadzone obrotowo i mimośrodowo sztywne lub/i wiotkie łopatki w kształcie prostokątnym o określonej szerokości i wysokości każda. Łopatki osadzone są w ramionach na przeciwległych czopach, zlokalizowanych w wolnych końcach tych ramion, natomiast miejsca osadzenia łopatek na czopach rozmieszczone są w części górnej i dolnej ich krawędzi w różnych i dobranych odległościach, których wzajemny stosunek ma się co najwyżej jak ido 2. Na wewnętrznych powierzchniach ramion umieszczone sąprzeciwlegle i przestawnie po dwa zderzaki oporowe, uruchamiane automatycznie lub/i mechanicznie, ograniczające lub zwalniające swobodny obrót łopatek pod naporem siły parcia wiatru.

Silnik wiatrowy wolnoobrotowy według wynalazku charakteryzuje się dużą sprawnością dzięki konstrukcji wirnika z obrotowymi łopatkami, wykorzystując maksymalnie siły parcia wiatru. Przez usytuowanie osi obrotu łopatek prostopadle do kierunku wiatru z możliwością samoczynnego ich ustawiania się pod wpływem działania wiatru zmniejszono do minimum szkodliwe oddziaływanie sił poprzecznych na konstrukcję słupa. Nadto konstrukcja wirnika pozwala na rozruch silnika przy bardzo małych prędkościach wiatru, a zastosowanie przestawnych zderzaków oporowych umożliwia ich zwalnianie od łopatek w wypadku przekroczenia dopuszczalnej siły parcia wiatru.

Przedmiot wynalazku uwidoczniono w przykładzie wykonania modelu silnika na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia widok wirnika w rzucie poziomym, fig. 2 - fragment łopatki w rzucie poziomym, a fig. 3, fig. 4, fig. 5 i fig. 6 przedstawiająkolejne fazy I, II, III i IV obrotu łopatek w wirniku pod wpływem działania parcia siły wiatru.

Sposób wykorzystania wiatru do napędu obrotu wirnika według wynalazku polega na tym, że parcie siły wiatru W przenosi się na obrotowo osadzone w ramionach 1 i 2 łopatki 3, których oś obrotu o przebiega wzdłuż pionowych krawędzi tych łopatek 3 i umiejscowionajest każda w odległościach si i s₂, których wzajemny stosunek ma się jak ido 2. W kolejnych fazach obrotu wirnika łopatki 3 ustawiają się swobodnie pod wpływem parcia wiatru W w różnych kierunkach i tak w fazie I w położeniu A ramion 1 i 2 łopatka 3 przyjmuje położenie prostopadłe do kierunku wiatru W, w którym większa płaszczyzna łopatki 3 opiera się na dwóch zderzakach oporowych 5, natomiast dalsze ramiona ii 2 w położeniu B i C łopatki 3 ustawiają się równolegle do kierunku wiatru W, większymi powierzchniami na zewnątrz od osi wirnika. W fazie II w położeniu A łopatka 3 nadal opiera się na zderzakach 5, zaś w położeniu B łopatka 3 ustawia się równolegle do kierunku wiatru W większąpłaszczyznąna zewnątrz od osi wirnika, natomiast w położeniu C łopatka 3 ustawia się również równolegle do kierunku wiatru W lecz większąpłaszczyznąskierowaną do osi wirnika i z drugiej strony zderzaków 5. W fazie III w położeniu A łopatka 3 ustawia się do kierunku wiatru W, większąpłaszczyzną skierowaną do osi wirnika, w położeniu B łopatka 3 ustawia się również do kierunku wiatru W lecz większą płaszczyzną skierowaną na zewnątrz od osi wirnika, zaś w położeniu C łopatka 3 przylega do zderzaków 5 pod częściowym parciem wiatru W. Natomiast w fazie IV w położeniu A ramion 1 i 2 łopatka 3 po odchyleniu się od kierunku wiatru W zmienia swoje poprzednie położenie, to jest większą płaszczyzną ustawia się na zewnątrz od osi wirnika, natomiast w ramionach 1 i 2 w położeniach B i C łopatki 3 ustawiają się

185 069 jak w fazie III. Zderzaki oporowe 5, zamocowane przestawnie do ramion 1 i 2 uruchamiane są zdalnie automatycznie, które w zależności od ich ustawienia zwalniają lub ograniczają pełny obrót łopatek 3 wokół własnej osi o.

Silnik według wynalazku stanowi wirnik, składający się z trzech par ramion 1i 2 o długości 1 równej 29 cm, rozmieszczonych w pionie, rozstawionych równolegle w odległości h równej 55 cm i w układzie promienistym w poziomie, o kącie rozwarcia wynoszącym 120° oraz z osadzonych obrotowo i mimośrodowo trzech sztywnych łopatek 3, wykonanych w kształcie prostokąta o bokach h© i s równych 28 cm i 20 cm. Łopatki 3 osadzone sąw ramionach 1i 2 na dwóch czopach 4, rozmieszczonych w osi o w odległości 1₂ równej 3 cm od wolnych końców ramion 1 i 2, natomiast czopy 4 usytuowane są do górnych i dolnych krawędzi łopatek 3 w odległościach s, i,s₂, wynoszących odpowiednio 7 cm i 14 cm. Na wewnętrznych powierzchniach górnych i dolnych ramion 1 i 2 umieszczone są w odległości I1 i przeciwległe po dwa zderzaki oporowe 5, ograniczające w położeniu pionowym pełny obrót łopatek 3 na czopach 4 pod parciem sił wiatru W. Zderzaki oporowe 5 zamocowane sąprzestawnie i uruchamiane sąna ramionach 1 i 2 automatycznie z wykorzystaniem siły elektromagnetycznej i sterowane zdalnie, które w zależności od ich położenia zwalniająlub ograniczająobrót łopatek 3 wokół własnej osi o pod wpływem parcia siły wiatru W. Ponadto drugie końce ramion 1 i 2 połączone sątrwale z obrotowymi elementami 6 i 6a, osadzonymi i ułożyskowanymi na słupie 7, utwierdzonym dolnym końcem w podstawie 8.

Rozwiązanie konstrukcyjne silnika według wynalazku, w którym wirnik wyposażony jest w swobodnie obrotowe łopatki 3 oraz w połączeniu z przestawnymi zderzakami oporowymi 5 zmniejsza do minimum opory aerodynamiczne, które występują w znanych dotychczas rozwiązaniach. Nadto łopatki 3 pracują w zakresie własnego obrotu, wynoszącego 180° pełnego obrotu wirnika.

185 069

W W

ttllltlltlt w

Fc9.5

Fig 6

185 069

Fig. 2.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 2,00 zł.

Claims (2)

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób wykorzystania wiatru do napędu wirnika w silniku wiatrowym z osiami prostopadłymi łopatek do kierunku wiatru i z rozmieszczonymi promieniście ramionami wirnika i z symetrycznie rozmieszczonymi mimośrodowo łopatkami, znamienny tym, że parcie siły wiatru (W) przenosi się na obrotowo osadzone w ramionach, (1) i (2) łopatki (3), których oś obrotu (o) przebiega wzdłuż pionowych krawędzi tych łopatek (3), przy czym ich usytuowanie w czopach (4) łopatek (3) znajduje się w odległości (s_t) i (s₂) o wzajemnym stosunku (s,) do (s₂) co najwyżej jak 1do 2, a w kolejnych fazach obrotu wirnika (I), (II), (III) i (IV) łopatki (3) ustawiają się swobodnie do kierunku wiatru (W) aż do oporu na przestawnych zderzakach (5).

2. Silnik wiatrowy z prostopadłymi osiami łopatek wirnika do kierunku wiatru i z rozmieszczonymi promieniście ramionami wraz z symetrycznie rozmieszczonymi mimośrodowo łopatkami, znamienny tym, że między ramionami (1) i (2), każde o długości (h) i rozstawionymi równolegle w pionie w odległości (h) rozmieszczone są obrotowo sztywne lub/i wiotkie łopatki (3) o kształcie prostokątnym o szerokości (s) i wysokości (h_t) i osadzone na dwóch czopach (4) każda w odległości (1₂) od wolnych końców ramion (1) i (2), natomiast miejsca zamocowania czopów (4) do górnych i dolnych krawędzi łopatek (3) rozmieszczone są w odległościach (s_x) i (s₂), których wzajemny stosunek (s_t) do (s₂) ma się co najwyżej jak 1 do 2, nadto na wewnętrznych powierzchniach ramion (1) i (2) wbudowane są przeciwległe po dwa przestawne zderzaki oporowe (5) zwalniające lub ograniczające obrót łopatek (3) pod naporem siły wiatru (W), przy czym zderzaki (5) uruchamiane są automatycznie lub/i mechanicznie.

* * *