PL216768B1 - Wirnik silnika wiatrowego z pionowym wałem - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest wirnik silnika wiatrowego o pionowej osi, przeznaczony do wykorzystania energii wiatru w celach gospodarczych.

Znane są silniki wiatrowe o pionowej osi wirnika między innymi z opisów patentowych Stanów Zjednoczonych nr 3 897 170, 3 902 072, 4 496 283, 6 779 966, 7 258 527. Silniki te charakteryzują się tym, że do osi pionowej, poprzez różnego rodzaju piasty i przekładnie, mocowane są ramiona, na końcach których umieszczone są różnego rodzaju i kształtu łopaty, przy czym liczba ramion jest różna, z reguły od trzech do dziewięciu. Ponadto łopaty wyposażone są w elementy umożliwiające ich częściowy obrót stosownie do kierunku wiatru, któremu w danej chwili są podporządkowane. Istotny dla sprawności silnika wiatrowego jest optymalny dobór liczby łopat, ich kształt oraz sposób ustawiania się do kierunku wiatru.

Stosowane są tu rozwiązania polegające na tym, że łopata jest osadzona obrotowo w jednym końcu zaś w pewnej odległości od osi obrotu umieszczony jest kołek lub powierzchnia oporowa, która stwarza warunki do odbioru energii wiatru, zaś podczas ruchu pod wiatr łopaty przyjmują pozycję względem wiatru o najmniejszej powierzchni przez co uzyskuje się różnicę momentów sił.

Ponadto znana jest z polskiego opisu patentowego nr 70 658 turbina wiatrowa z pionowym wałem, której wirnik składa się z ruchomych łopat osadzonych przegubowo na ramionach, mocowanych promieniowo na obwodzie tego wału. Z polskiego opisu patentowego nr 105 099 znana jest turbina wiatrowa z wirnikiem o wale pionowym, do którego prostopadle w kilku poziomach zamontowane są po cztery osie poziome, a na nich dwuczęściowe łopaty ruchome.

Znany jest również z polskiego opisu patentowego nr 54 609 turbinowy silnik powietrzny, wyposażony w dwa wirniki o osiach pionowych, zamontowanych na wspólnej płycie nośnej. Wirniki obudowane są częściowo dwoma symetrycznymi kierownicami dla strug powietrza.

Polskie opisy patentowe nr 40 165 - silnik wiatrowy oraz nr 40 378 - silnik wiatrowy o wale pionowym również omawiają konstrukcje siłowni wiatrowych o wirnikach z osiami pionowymi i ruchomymi łopatami.

W polskim opisie patentowym nr 25 034 przedstawiono silnik wiatrowy, składający się z walca osadzonego na osi pionowej z umocowanymi na jego powierzchni na osiach, równoległych do osi walca, ruchomymi skrzydłami, posiadającymi krzywiznę taką, jak krzywizna powierzchni walca. Każde ze skrzydeł pokrywa odpowiednią część tej powierzchni. Działanie silnika polega na tym, że w stanie spoczynku pod naciskiem sprężyn skrzydła ustawiają się promieniowo do osi walca, dociskając się wypukłą stroną do podpórek. Pod naporem wiatru obrót spowodowany jest przez uderzenie we wklęsłą powierzchnię skrzydła, utrzymywaną w położeniu promieniowym, zaś wypukłe powierzchnie skrzydła są przyciskane do powierzchni walca.

Znane są również silniki wiatrowe o pionowej osi wirnika między innymi z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych nr 3 897 170. Silniki te charakteryzują się tym, że do osi pionowej, poprzez różnego rodzaju piasty i przekładnie, mocowane są ramiona, na końcach których umieszczone są różnego rodzaju i kształtu łopaty, przy czym liczba ramion jest różna, z reguły od trzech do dziewięciu. Ponadto łopaty wyposażone są w elementy umożliwiające ich częściowy obrót stosownie do kierunku wiatru, któremu w danej chwili są podporządkowane. Istotny dla sprawności silnika wiatrowego jest optymalny dobór ilości łopat ich kształt oraz sposób ustawiania się do kierunku wiatru, to znaczy samosterowność.

Znany jest również z polskiego opisu patentowego 162 656 silnik wiatrowy wyposażony w łopaty, które w przekroju poprzecznym mają kształt skrzydła samolotu, przy czym łopata jest podzielona wzdłuż osi wzdłużnej na dwie części, górną i dolną, zaś pomiędzy tymi częściami umieszczona jest leżąca również w osi wzdłużnej belka stabilizująco-wzmacniającą. Części, górna i dolna, łopaty są ze sobą połączone wahliwie w taki sposób, że w części przedniej, tworzącej owalną część łopaty, połączone są liniowo poprzez belkę stabilizująco-wzmacniająca, w części tylnej połączone są układem dźwigniowym, przy czym układ ten powoduje otwieranie i zamykanie łopaty a poruszany jest przez lotkę stanowiącą przedłużenie części dolnej, a po zamknięciu łopaty przedłużenie zarysu części górnej. Wykonane w powyższy sposób łopaty, których oś wzdłużna jest równoległa do osi pionowej silnika, są połączone w znany sposób z osią pionową.

Znana jest siłownia wiatrowa o pionowej osi obrotu opisana w niemieckim opisie patentowym nr 2 826 180. W pierścieniu centrycznym względem pionowej osi obrotu ma osadzone na obwodzie pionowe osie, na których są osadzone żagielki. Powierzchnia żagielków jest podzielona przez wspoPL 216 768 B1 mniane pionowe osie na dwie nierówne części. Pionowe osie mają poniżej pierścienie zamocowane prostoliniowe jarzma, a w nich ślizgające się wodziki osadzone na korbach, których drugie ramię jest związane ze sterującym pierścieniem. Sterujący pierścień jest usytuowany mimośrodowo względem osi obrotu siłowni i ma wewnętrzny zębaty wieniec. Również pierścień z żagielkami ma wewnętrzny zębaty wieniec. Obydwa zębate wieńce są sprzężone zębatym mechanizmem. Obrót pierścienia wywołuje obrót sterującego pierścienia, przez co wodziki powodują poprzez jarzma obrót pionowych osi z żagielkami. Żagielki ustawiane są zatem poprzecznie do kierunku wiatru po stronie siłowni poruszającej się zgodnie z tym kierunkiem i równolegle do kierunku wiatru po stronie poruszającej się przeciwnie do kierunku wiatru.

Wirnik silnika wiatrowego z pionowym wałem z równomiernie rozmieszczonymi na jego obwodzie prostopadłymi i na dwóch poziomach rozmieszczonymi symetrycznie ramionami, w końcach których ułożyskowane są płaty składające się z dwóch części, której część pierwsza płata ułożyskowana jest bezpośrednio na osi ramienia wału zaś druga część ogonowa ułożyskowana jest w osi łącznika łączącego część pierwszą płata z częścią drugą ogonową płata, charakteryzuje się tym, że część pierwsza płata i część druga ogonowa płata połączone są ze sobą mechanizmem dźwigniowym składającym się ze wspornika przymocowanego do części drugiej ogonowej płata w odległości 1/3 + 1/2 jego całkowitej długości licząc od czołowej krawędzi natarcia, z którym połączone jest obrotowo sztywne cięgno, które z drugiej strony osadzone jest obrotowo w ramieniu wału w pobliżu osi obrotu pierwszej części płata znajdującej się w pobliżu krawędzi natarcia, przy czym położenie części pierwszej płata określone jest kątem α zawartym między styczną poprowadzoną do okręgu koła zakreślonego przez oś w ramieniu wirnika i przechodzącą przez oś obrotu części pierwszej a prostą łączącą oś obrotu części pierwszej płata i oś obrotu części drugiej ogonowej, którego wielkość zawiera się w granicach +10 do -65°, natomiast położenie części drugiej ogonowej względem części pierwszej płata określone jest przez kąt β zawarty między prostą łączącą oś obrotu części pierwszej płata i oś obrotu części drugiej ogonowej a prostą przechodzącą przez oś obrotu części drugiej ogonowej i koniec części drugiej ogonowej i zawiera się w granicach -20° do +25°.

Ponadto do części pierwszej płata w jego bocznych płaszczyznach i przytwierdzone są na trwałe magnesy stałe, naprzeciw których umieszczone są odpowiadające im drugie magnesy stałe związane trwale z ramieniem wirnika, przy czym odpowiadające sobie magnesy zwrócone są ku sobie biegunami jednoimiennymi.

W odmianie rozwiązania do pierwszej części płata na bocznych płaszczyznach i przytwierdzony jest na płycie konstrukcyjnej obrotowo w osi pręt, na którym na trwałe przytwierdzony jest magnes w pobliżu osi obrotu pręta, natomiast na ramieniu przymocowany jest obrotowo drugi magnes, przez którego otwór przechodzi suwliwie pręt, do którego drugiego końca przymocowana jest na trwałe tarcza ogranicznika z opartą na nim sprężyną naciskową z przylegającym do niej magnesem umieszczonym suwliwie na pręcie, przy czym wszystkie magnesy zwrócone są do siebie biegunami jednoimiennymi.

Wirnik przedstawiono na rysunkach, na których, fig. 1 przedstawia widok wirnika w rzucie z góry, fig. 2 przedstawia w widoku z góry szczegół połączenia dźwigniowego, płata z ramieniem wirnika oraz przykład rozwiązania ograniczającego ruchu płata względem ramienia wirnika, fig. 3 przedstawia widok z boku płata z rozmieszczeniem ograniczników ruchu płata względem ramienia wirnika, fig. 4 przedstawia rzut z góry płata z rozwiązaniem alternatywnym ograniczników ruchu płata względem ramienia wirnika, fig. 5 przedstawia kolejne rozwiązanie ograniczników ruchu płata względem ramienia wirnika.

Wirnik silnika wiatrowego o pionowej osi składa się z wału 7, do którego równomiernie na jego obwodzie przymocowane są na sztywno ramiona 6. Ramiona 6 rozmieszczone są na dwóch poziomach wzdłuż osi wału 7. Na końcach ramion 6 przymocowane są obrotowo na osi „a” płaty. Płaty składają się z części pierwszej 1 osadzonej obrotowo na osi „a” ramienia 6 wału 7, do której obrotowo przymocowana jest druga część ogonowa 2 na osi „b” obie części płata połączone są łącznikiem 3, na końcu którego osadzone są łożyska, w których znajduje się oś obrotu drugiej części ogonowej 2 płata. Część pierwsza 1 płata i część druga ogonowa 2 płata połączone są ze sobą mechanizmem dźwigniowym składającym się ze wspornika 4 przymocowanego do części drugiej ogonowej 2 płata w odległości 1/3 + 1/2 jego całkowitej długości licząc od jej czołowej krawędzi natarcia, z którym połączone jest obrotowo sztywne cięgno 5. Cięgno 5 z drugiej strony osadzone jest obrotowo w ramieniu 6 wału 7 w pobliżu osi „a” obrotu pierwszej części 1 płata znajdującej się w pobliżu krawędzi natarcia. Położenie części pierwszej 1 płata określone jest kątem α zawartym między styczną „d” poprowadzo4

PL 216 768 B1 ną do okręgu koła zakreślonego przez oś „a” w ramieniu 6 wirnika i przechodzącą przez oś „a” prostą „e” łączącą oś obrotu „a” części pierwszej płata 1 i oś obrotu „b” części drugiej ogonowej 2. Zmiany kąta α zawierają się w granicach +10° do -65° zaś położenie części drugiej ogonowej 2 płata względem części pierwszej 1 płata określone jest przez kąt β zawarty między prostą „e” a prostą „f” przechodzącą przez oś obrotu „b” części drugiej ogonowej 2 i przez koniec części drugiej ogonowej 2 i zawiera się w zależności od położenia części pierwszej 1 płata w granicach -20° do +25°.

Ruch części pierwszej 1 płata jest ograniczany i amortyzowany przez magnesy stałe 8 i 9, z których magnesy 8 umieszczone są trwale na płycie konstrukcyjnej 11 przymocowanej do bocznej płaszczyzny 10 części pierwszej 1 płata, a magnesy 9 przymocowane są trwale do ramienia 6 po jego obu stronach jak przedstawiono na fig. 2 i 3. Kolejna wersja ogranicznika ruchu i amortyzatora uwidoczniona jest na fig. 4, która przedstawia ogranicznik ruchu płata z magnesami 9 rozmieszczonymi po jednej stronie ramienia 6 po obu stronach osi obrotu „a” części płata 1a, odpowiadające im magnesy 8 umieszczone są na trwałe na płycie 11 części pierwszej 1 płata po tej samej stronie osi obrotu „a”.

Innym rozwiązaniem ogranicznika ruchu i amortyzatora jest rozwiązanie przedstawione na fig. 5. Przedstawia ono rozwiązanie, w którym jeden z końców pręta 13 umocowany jest obrotowo na płycie konstrukcyjnej 11 pierwszej części 1 płata na osi obrotu 12. Na pręcie 13 w pobliżu osi 12 przymocowany jest na trwałe stały magnes 8. Na ramieniu 6 przymocowany jest obrotowo magnes 9, przez który przechodzi suwliwie pręt 13, do którego drugiego końca przymocowana jest na trwałe tarcza ogranicznika 15 z opartą na nim sprężyną naciskową 14 z przylegającym do niej magnesem 8a umieszczonym suwliwie na pręcie 13.

Claims (3)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Wirnik silnika wiatrowego z pionowym wałem z równomiernie rozmieszczonymi na jego obwodzie prostopadłymi i na dwóch poziomach i rozmieszczonymi symetrycznie ramionami, w końcach których ułożyskowane są płaty składające się z dwóch części, której część pierwsza płata ułożyskowana jest bezpośrednio na osi ramienia wału zaś druga część ogonowa ułożyskowana jest w osi łącznika łączącego część pierwszą płata z częścią drugą ogonową płata, znamienny tym, że część pierwsza 1 płata i część druga ogonowa 2 płata połączone są ze sobą mechanizmem dźwigniowym składającym się ze wspornika 4 przymocowanego do części drugiej ogonowej 2 płata w odległości 1/3 + 1/2 jego całkowitej długości licząc od czołowej krawędzi natarcia, z którym połączone jest obr otowo sztywne cięgno 5, które z drugiej strony osadzone jest obrotowo w ramieniu 6 wału 7 w pobliżu osi „a” obrotu pierwszej części 1 płata znajdującej się w pobliżu krawędzi natarcia, przy czym położenie części pierwszej 1 płata określone jest kątem α zawartym między styczną „d” poprowadzoną do okręgu koła zakreślonego przez oś „a” w ramieniu 6 wirnika i przechodzącą przez oś „a” a prostą „e” łączącą oś obrotu „a” części pierwszej płata 1 i oś obrotu „b” części drugiej ogonowej 2, którego wielkość zawiera się w granicach +10° do -65°, natomiast położenie części drugiej ogonowej 2 względem części pierwszej 1 płata określone jest przez kąt β zawarty między prostą „e” a prostą „f” przechodzącą przez oś obrotu „b” części drugiej ogonowej 2 i koniec części drugiej ogonowej 2 i zawiera się w granicach -20° do +25°.
2. 2. Wirnik według zastrz. 1, znamienny tym, że do części pierwszej 1 płata na bocznych płaszczyznach 10 przytwierdzone są na trwałe magnesy stałe 8, naprzeciw których umieszczone są odpowiadające im drugie magnesy stałe 9 związane trwale z ramieniem 6 wirnika, przy czym odpowiadające sobie magnesy 8 i 9 zwrócone są ku sobie biegunami jednoimiennymi.
3. 3. Wirnik według zastrz. 1, znamienny tym, że do pierwszej części 1 płata na bocznych płaszczyznach 10 przytwierdzony jest na płycie konstrukcyjnej 11 obrotowo w osi 12 pręt 13, na którym na trwałe przytwierdzony jest magnes 8 w pobliżu osi obrotu 12, natomiast na ramieniu 6 przymocowany jest obrotowo magnes 9, przez którego otwór przechodzi 3 suwliwie pręt 13, do którego drugiego końca przymocowana jest na trwałe tarcza ogranicznika 15 z opartą na nim sprężyną naciskową 14 z przylegającym do niej magnesem 8a umieszczonym suwliwie na pręcie 13, przy czym wszystkie magnesy 8, 8a i 9 zwrócone są ku sobie biegunami jednoimiennymi.