PL218530B1 - Silnik wiatrowy o pionowej osi wirnika - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest silnik wiatrowy o pionowej osi wirnika prostopadłej do kierunku przepływu wiatru, przeznaczony do wykorzystania energii wiatru w celach gospodarczych.

Znane jest opisu patentowego US 4048947A urządzenie obrotowe napędzane przez poruszający się płyn np. powietrze lub wodę, zawierające cylindryczny wirnik, obracający się wokół osi pionowej. Do wirnika o osi pionowej przymocowane są równomiernie na obwodzie do tarcz w kształcie sześcioramiennej gwiazdy obrotowo łopatki o profilu symetrycznym. Łopatki te mają zasadniczo pionową oś obrotu przechodzącą przez te łopatki oraz mają profil symetryczny i aerodynamiczny. Do łopatek w ich dolnej części przymocowane są sztywne przeciwwagi a łopatki i przeciwwaga są skonstruowane w taki sposób, że środek ciężkości każdej łopatki i związana z nim przeciwwaga jest oddalona od przynależnej osi łopatki i leży w płaszczyźnie przechodzącej przez oś łopatki i która jest prostopadła do osi cięciwy łączącej łopatki i krawędzi natarcia łopatek. Ponadto każda łopatka jest związana z dwoma przeciwciężarami, pierwszy przeciwciężar jest umieszczony na końcu ramienia, znajdującego się w płaszczyźnie, która przechodzi przez oś obrotu wspomnianej tarczy i znajduje się pod kątem prostym w stosunku do cięciwy łopatki, zaś drugi przeciwciężar jest umieszczony na końcu ramienia, znajdującego się na przedłużeniu cięciwy łopatki i tworzy kąt 90° z pierwszym przeciwciężarem, przy czym druga przeciwwaga ma ciężar, który równoważy łopatkę w stosunku do osi obrotu. Urządzenie według wynalazku zawiera pionowy wał zamontowany pomiędzy dwoma łożyskami umieszczonymi poniżej łopatek, przy czym na wysokości górnego łożyska przymocowane są odciągi linowe utrzymujące oś obrotu urządzenia w pozycji pionowej.

Znane są również silniki wiatrowe o pionowej osi wirnika między innymi z opisów patentowych US nr nr 3897170, 3902072, 4496283, 6779966, 7258527. 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.

Ponadto znana jest z opisu patentowego PL 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 opisu patentowego PL nr 105 099 znana jest turbina wiatrowa z wirnikiem o wale pionowym, do którego prostopadle na kilku poziomach zamontowane są po cztery osie poziome, a na nich dwu częściowe łopaty ruchome.

Znany jest również z opisu patentowego PL 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.

Opisy patentowe PL 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 opisie patentowym PL 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 US 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

PL 218 530 B1 chwili są podporządkowane. Istotny dla sprawności silnika wiatrowego jest optymalny dobór liczby łopat ich kształt oraz sposób ustawiania się do kierunku wiatru, to znaczy samosterowność.

Znany jest również z opisu patentowego PL 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-wzmacniająca. Części, górna i dolna, łopaty są ze sobą połączone wahliwie w taki sposób, że w części przedniej, tworzącą owalną część łopaty i połączone są liniowo poprzez belkę stabilizująco-wzmacniającą, 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 zaniknięciu 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 opisie patentowym DE nr 2826180. W pierścieniu centrycznym względem pionowej osi obrotu ma osadzone na obwodzie pionowe osie, na których są osadzone żagielki. Powierzchnia żagielków jest podzielona przez wspomniane 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 strome siłowni poruszającej się zgodnie z tym kierunkiem i równolegle do kierunku wiatru po stronie poruszającej się przeciwnie do kierunku wiatru.

Istotą silnika wiatrowego o pionowej osi wirnika posiadającego wał napędowy, na którego ramionach znajdują się pionowo łożyskowane sztywne płaty o powierzchni natarcia płata w kształcie wycinka powierzchni walcowej, których kątowe położenie względem prostej prostopadłej do ramion ograniczane jest po obu stronach tej prostej, jest to, że walcowa powierzchnia natarcia (3a) płata przechodzi z jednej strony w powierzchnię falistą (3b) najpierw wklęsłą (3b'), dalej wypukłą (3b) a następnie wklęsłą (3b'), zaś druga strona płata ma kształt powierzchni wklęsłej (3c) łączącej się stycznie z powierzchnią falistą (3b) w części wypukłej tej powierzchni.

Płaty silnika wiatrowego ułożyskowane są w końcach ramion, zaś odchylenie płatów od prostej prostopadłej do ramion wału napędowego przechodzącej przez oś ułożyskowania wynosi ok. 30° w kierunku osi wału i ok. 30° w kierunku na zewnątrz.

Wynalazek opisany jest w przykładzie wykonania i zobrazowany na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia uproszczony przekrój poprzeczny płaszczyzną poziomą silnika wiatrowego, a fig. 2 i 3 szczegół wykonania płata.

Jak przedstawiono na fig. 1 silnik składa się z wału napędowego i z osią obrotu 2, w którego poziomych ramionach 4 pionowo ułożyskowane są sztywne łopaty 3. Łopaty 3 odchylają się względem prostej prostopadłej do ramion 4 o kąt 30° po obu jej stronach. Łopaty 3 mają powierzchnię natarcia 3a w postaci wycinka powierzchni walcowej przechodzącej z jednej strony w powierzchnię falistą 3b najpierw wypukłą i dalej wklęsłą w przekroju w kształcie zbliżonym do litery S, zaś druga strona płata ma kształt powierzchni wklęsłej 3c łączącej się stycznie z powierzchnią falistą 3b.

Jak przedstawiono na fig. 2 płat 3 ma powierzchnię natarcia 3a w kształcie wycinka powierzchni walcowej przechodzącej z jednej strony w powierzchnię falistą 3b najpierw wypukła 3b' i dalej wklęsłą 3b w przekroju w kształcie zbliżonym do litery S, zaś druga strona płata ma kształt powierzchni wklęsłej 3c łączącej się stycznie z powierzchnią falistą 3b.

Fig. 3 przedstawia płat 3 silnika wiatrowego, który składa się z powierzchni natarcia 3a przechodzącej z jednej strony w powierzchnię falistą najpierw wklęsłą 3b' dalej wypukłą 3b, a następnie wklęsłą 3b', zaś druga strona płata 3 ma kształt powierzchni wklęsłej 3e łączącej się stycznie z powierzchnią falistą 3b w części wypukłej 3b tej powierzchni.

Claims (2)

1. Silnik wiatrowy o pionowej osi obrotu i wychylanych płatach, posiadający wał napędowy, na którego ramionach znajdują się pionowo łożyskowane sztywne płaty o powierzchni natarcia płata w kształcie wycinka powierzchni walcowej, których kątowe położenie względem prostej prostopadłej do ramion ograniczane jest po obu stronach tej prostej, znamienny tym, że walcowa powierzchnia natarcia (3a) płata przechodzi z jednej strony w powierzchnię falistą (3b) najpierw wklęsłą (3b'), dalej wypukłą (3b) a następnie wklęsłą (3b'), zaś druga strona płata ma kształt powierzchni wklęsłej (3c) łączącej się stycznie z powierzchnią falistą (3b) w części wypukłej tej powierzchni.

2. Silnik wiatrowy według zastrz. 1, znamienny tym, że płaty (3) ułożyskowane są w końcach ramion (4), zaś odchylenie płatów (3) od prostej prostopadłej (5) do ramion (4) wału napędowego (1) przechodzącej przez oś ułożyskowania wynosi ok. 30° w kierunku osi wału i ok. 30° w kierunku na