PL225366B1 - Wirnik silnika wiatrowego o pionowej osi - Google Patents

Description

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 US 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 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 w kilku poziomach zamontowane są po cztery osie poziome, a na nich dwuczęściowe 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 PL 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 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 ró wnież w osi wzdłużnej belka stabilizująco-wzmacniająca. 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-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 zamknięciu łopaty przedłużenie zarysu części górnej. Wyk onane 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 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 wspomniane pionowe osie na dwie nierówne części. Pionowe osie mają poniżej pierścieni zamocowane prostoliniowe jarzma, a w nich ślizgające się wodziki osadzone na korbach, których drugie ramię jest związane ze

PL 225 366 B1 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.

Istotą wirnika silnika wiatrowego z pionową osią obrotu zawierającego wał z równomiernie rozmieszczonymi na jego obwodzie prostopadle i na dwóch poziomach rozłożonymi symetrycznie ramionami, w końcach których ułoży skowane są skrzydła, jest to, że skrzydło ma postać żagla ze sztywną belką o symetrycznym kształcie aerodynamicznym stanowiącą powierzchnię natarcia skrzydła, która połączona jest z częścią elastyczną, którego dolna krawędź połączona jest z elementem naciągająco ustalającym poprzez przegub umieszczony w krawędzi spływu części elastycznej skrzydła. Drugi koniec elementu naciągająco-ustalającego połączony jest poprzez przegub z prętem sprężystym połączonym z ramieniem skrzydła, natomiast górna krawędź połączona jest przegubem z cięgnem, które z drugiej strony połączone jest obrotowo w osi mimośrodu osadzonego obrotowo na wale.

Korzystnie jest, gdy krawędź spływu części elastycznej skrzydła zakończona jest symetrycznym cienkim profilem lotniczym.

Korzystnie jest, gdy pomiędzy częścią elastyczną a sztywną belką o symetrycznym kształcie aerodynamicznym stanowiącą powierzchnię natarcia skrzydła znajduje się elastyczny przegub umieszczony w wycięciu sztywnej belki po stronie jej krawędzi spływu.

Korzystnie jest, gdy pręt sprężysty ma kształt litery „L”, którego dłuższy koniec umieszczony jest w ramieniu poprzez łącznik o profilu aerodynamicznym.

Ponadto wirnik silnika wiatrowego, charakteryzuje się tym, że część elastyczna skrzydła ma wzmocnienia o sztywności większej od sztywności części elastycznej i kształcie płaskich listew rozmieszczonych wzdłuż wysokości żagla poczynając od dolnej krawędzi do górnej krawędzi dochodzących do krawędzi spływu części elastycznej i wzmocnienie o sztywności większej od sztywności części elastycznej i kształcie płaskiej listwy poprowadzonej wzdłuż krawędzi spływu.

Wirnik według wynalazku przedstawiono na rysunkach, na których fig. 1 przedstawia widok wirnika w rzucie z góry z widokiem na dolne ramiona, fig. 2 przedstawia widok wirnika w rzucie z góry z widokiem na górne ramiona, fig. 3 przedstawia widok aksonometryczny skrzydła elastycznego, fig. 4 przedstawia widok aksonometryczny skrzydła elastycznego zakończonego cienkim profilem lotniczym, fig. 5 przedstawia rzut aksonometryczny wycinka skrzydła, fig. 6 rzut aksonometryczny w wersji z fig. 7 rzut aksonometryczny pojedynczego skrzydła oraz fig. 8 rzut z góry wirnika z fig. 6.

Wirnik silnika wiatrowego z pionową osią obrotu składa się z wału 1 z równomiernie rozmies zczonymi na jego obwodzie prostopadle i na dwóch poziomach rozłożonymi symetrycznie ramionami 2. W końcach ramion 2 ułoży skowane są skrzydła 3. Skrzydła 3 mają postać żagli ze sztywną belką 3a o symetrycznym kształcie aerodynamicznym, która stanowi powierzchnię natarcia skrzydła. Belka 3 połączona jest z częścią elastyczną 3 skrzydła 3b, którego dolna krawędź 3c połączona jest z elementem naciągająco-ustalającym 4 poprzez przegub 5 umieszczony w krawędzi 3d spływu części elastycznej 3b skrzydła 3. Drugi koniec elementu naciągająco-ustalającego 4 połączony jest poprzez przegub 6 z prętem sprężystym 7, który połączony jest z ramieniem 2 skrzydła 3. Górna krawędź 3c skrzydła 3 połączona jest przegubem 9 z cięgnem 8, które z drugiej strony połączone jest obrotowo w osi 11 mimośrodu 10 osadzonego obrotowo na wale 1. Pręt sprężysty 7 ma kształt litery „L” a jego dłuższy koniec umieszczony jest w ramieniu 2 poprzez łącznik 15 o profilu aerodynamicznym.

W innym wykonaniu, skrzydło 3 wyposażone jest w symetryczny cienki profil lotniczy 12 umieszczony wzdłuż krawędzi 3d spływu części elastycznej 3b skrzydła.

Jeszcze w innym wykonaniu pomiędzy częścią elastyczną 3b a sztywną belką 3a o symetryc znym kształcie aerodynamicznym skrzydła 3 znajduje się elastyczny przegub 13 umieszczony w wycięciu 14 sztywnej belki 3a po stronie jej krawędzi spływu 3f.

Skrzydło 3 wirnika silnika wiatrowego w kolejnym wykonaniu ma w części elastycznej 3b skrzydła 3 wzmocnienia 16 o sztywności większej od sztywności części elastycznej 3b, których kształt ma postać płaskich listew rozmieszczonych wzdłuż wysokości żagla poczynając od dolnej krawędzi 3c do górnej krawędzi 3e dochodzących do krawędzi 3d spływu części elastycznej 3b. Ponadto wzdłuż krawędzi 3d spływu skrzydło 3 ma wzmocnienie 17 o sztywności większej od sztywności części elastycznej 3b i kształcie płaskim. Wychylenie skrzydeł 3 względem siebie wyznacza kierownica 1a umieszczona w osi 11 mimośrodu 10, której ustawienie wyznacza kierunek wiatru W.

Claims (5)

1. Wirnik silnika wiatrowego z pionową osią obrotu zawierający wał z równomiernie rozmieszczonymi na jego obwodzie prostopadle i na dwóch poziomach rozłożonymi symetrycznie ramionami, w końcach których ułoży skowane są skrzydła, znamienny tym, że skrzydło (3) ma postać żagla ze sztywną belką (3a) o symetrycznym kształcie aerodynamicznym stanowiącą powierzchnię natarcia skrzydła (3), która połączona jest z częścią elastyczną (3b), którego dolna krawędź (3c) połączona jest z elementem naciągająco-ustalającym (4) poprzez przegub (5) umieszczony w krawędzi (3d) spływu części elastycznej (3b) skrzydła (3) zaś drugi koniec elementu naciągająco-ustalającego (4) połączony jest poprzez przegub (6) z prętem sprężystym (7) połączonym z ramieniem (2) skrzydła (3), natomiast górna krawędź (3c) połączona jest przegubem (9) z cięgnem (8), które z drugiej strony połączone jest obrotowo w osi (11) mimośrodu (10) osadzonego obrotowo na wale (1).

2. Wirnik silnika wiatrowego według zastrz. 1, znamienny tym, że krawędź (3d) spływu części elastycznej (3b) skrzydła (3) zakończona jest symetrycznym cienkim profilem lotniczym (12).

3. Wirnik silnika wiatrowego według zastrz. 1, znamienny tym, że pomiędzy częścią elastyczną (3b) a sztywną belką (3a) o symetrycznym kształcie aerodynamicznym stanowiącą powierzchnię natarcia skrzydła znajduje się elastyczny przegub (13) umieszczony w wycięciu (14) sztywnej belki (3a) po stronie jej krawędzi spływu (3f).

4. Wirnik silnika wiatrowego według zastrz. 1, znamienny tym, że pręt sprężysty (7) ma kształt litery „L”, którego dłuższy koniec umieszczony jest w ramieniu (2) poprzez łącznik (15) o profilu aerodynamicznym.

5. Wirnik silnika wiatrowego według zastrz. 1, znamienny tym, że część elastyczna (3b) skrzydła (3) ma wzmocnienia (16) o sztywności większej od sztywności części elastycznej (3b) i kształcie płaskich listew rozmieszczonych wzdłuż wysokości żagla poczynając od dolnej krawędzi (3c) do górnej krawędzi (3e) dochodzących do krawędzi (3d) spływu części elastycznej (3b) i wzmocnienie (17) o sztywności większej od sztywności części elastycznej (3b) i kształcie płaskiej listwy poprowadzonej wzdłuż krawędzi spływu (3d).