PL225367B1 - Wirnik silnika wiatrowego o pionowej osi obrotu - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest wirnik silnika wiatrowego o pionowej osi obrotu, 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 charakter yzują 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 kieru nku 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

PL 225 367 B1 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 ma równomiernie rozmieszczone na jego obwodzie prostopadłe i na dwóch poziomach rozmieszczone symetrycznie ramiona, w końcach których ułożyskowane są płaty składające się z dwóch części, 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. Istotą wynalazku jest to, że płat pierwszy i płat drugi zakończone są odpowiednio dwiema płytami oraz dwiema płytami ograniczającymi wysokość płatów, których obrys jest większy od obrysu przekroju poprzecznego płatów a wysokość płata pierwszego jest większa od wysokości płata drugiego, natomiast płaty ustawione są względem siebie jeden za drugim obrotowo tak, że krawędź spływu płata pierwszego i krawędź natarcia płata drugiego nie kolidują ze sobą, zaś oś obrotu płata drugiego przechodzi w pobliżu krawędzi spływu płata pierwszego i wychodzi nieco poza dwie płyty ograniczające wysokość płata pierwszego, natomiast oś umiejscowiona jest przed krawędzią natarcia płata drugiego i przechodzi przez dwie płyty ograniczające wys okość płata drugiego, jednocześnie w osi obrotu (3c) w górnej części płatów (3a) i (3b) ułożyskowane są cięgna (5), których drugie końce ułożyskowane są w osi mimośrodu ułożyskowanego na wale turbiny zaś płat drugi w pobliżu krawędzi spływu ma oś, na której obrotowo ułożyskowane jest cięgno drugie, którego drugi koniec ułożyskowany jest obrotowo na osi cięgna pierwszego, przy czym do osi mimośrodu przymocowana jest na sztywno kierownica, która wystaje ponad konstrukcję wirnika, przy czym liczba ramion jest nie mniejsza niż dwa.

Wirnik według wynalazku przedstawiono na rysunkach, na których fig. 1 przedstawia widok wirnika w rzucie z góry, fig. 2 przedstawia cztery kolejne położenia zespolonych płatów 3a i 3b, fig. 3 przedstawia jeden zestaw płatów w widoku z boku, zaś fig. 4 przedstawia rzut aksonometryczny w ycinka wirnika.

Wirnik silnika wiatrowego o pionowej osi składa się z wału 1, do którego równomiernie na jego obwodzie przymocowane są na sztywno ramiona 2a. Ramiona 2a rozmieszczone są na dwóch poziomach wzdłuż osi wału 1. Na końcach ramion 2a przymocowane są obrotowo na osi 2b zespolone płaty 3a i 3b. Płaty składają się z części pierwszej 3a osadzonej obrotowo na osi 2b ramienia 2a wału 1. Końce płata 3a zakończone są płytami 3d i 3d' ograniczającymi jego długość oraz eliminują niekorzystne zjawiska krawędziowe. Drugi płat 3b zakończony jest podobnymi płytami 3e i 3e' ograniczającymi. Płat pierwszy 3a i płat drugi 3b połączone są obrotowo poprzez oś 3c, która umiejscowiona jest w pobliżu krawędzi spływu płata pierwszego 3a i wychodzi nad płyty 3d i 3d' ograniczające wysokość płata pierwszego 3a i umiejscowiona jest przed krawędzią natarcia płata drugiego 3b i przechodzi przez płytę 3e i 3e' ograniczającą wysokość płata drugiego. Regulację kątowego położenia płatów 3a i 3b względem ramienia wirnika 2a zapewniają cięgna pierwsze 5 i cięgna drugie 5a. Cięgno pierwsze 5 połączone jest obrotowo z płatem pierwszym 3a poprzez oś 3c, zaś drugi koniec tego cięgna połączony jest obrotowo z osią mimośrodu 1c, którego pozycję określa kierownica 1d ustawiana kierunkiem wiatru W i jest równoległa do strugi napływającego wiatru. Natomiast cięgno drugie 5a określa kątową pozycję płata drugiego 3b względem płata pierwszego 3a. Na fig. 2 przedstawiono superpozycje poszczególnych kątowych położeń płatów zespolonych 3a i 3b. Do działania wirnika wystarczą dwa zestawy zespolonych płatów 3a i 3b. Jednak w zależności od wielkości geometrycznych ramion liczba zespolonych płatów może być większa np. 3.

Claims (1)

1. Wirnik silnika wiatrowego z pionowym wałem z równomiernie rozmieszczonymi na jego obwodzie prostopadle i na dwóch poziomach rozmieszczonymi symetrycznie ramionami, w końcach których ułożyskowane są płaty składające się z dwóch części, część pierwsza płata ułożyskowana jest bezpośrednio na osi ramienia wału zaś druga część ogonowa ułożyskowana jest w osi łącznika łączącego

   PL 225 367 B1 część pierwszą płata z częścią drugą ogonową płata, znamienny tym, że płat pierwszy (3a) i płat drugi (3b) zakończone są odpowiednio dwiema płytami (3d) i (3d') oraz dwiema płytami (3e) i 3e') ograniczającymi wysokość płatów odpowiednio (3a) i (3b) i trwale z nimi związane, których obrys jest większy od obrysu przekroju poprzecznego płatów (3a) i (3b) a wysokość płata pierwszego (3a) jest większa od wysokości płata drugiego (3b), natomiast płaty (3a) i (3b) ustawione są względem siebie jeden za drugim obrotowo tak, że krawędź spływu płata pierwszego (3a) i krawędź natarcia płata drugiego (3b) nie kolidują ze sobą, zaś oś obrotu (3c) płata drugiego (3b) przechodzi w pobliżu krawędzi spływu płata pierwszego (3a) i wychodzi poza dwie płyty (3d) i (3d') ograniczające wysokość płata (3a) i umiejscowiona jest przed krawędzią natarcia płata drugiego (3b) i przechodzi przez płytę (3e) i (3e') ograniczające wysokość płata drugiego, jednocześnie w osi obrotu (3c) w górnej części płatów (3a) i (3b) ułożyskowane są cięgna (5), których drugie końce ułożyskowane są w osi (1c) mimośrodu (1b) ułożyskowanego na wale (1) turbiny (2), zaś płat drugi (3b) w pobliżu krawędzi spływu ma oś (3f), na której obrotowo ułożyskowane są cięgna drugie (5a), których drugie końce ułożyskowane są obrotowo na osi (5b) cięgna (5), przy czym do osi (1c) mimośrodu (1b) przymocowana jest na sztywno ki erownica (1d), która wystaje ponad konstrukcję wirnika (2), przy czym liczba ramion (2a) jest nie mniej-