PL226301B1 - Silnik wiatrowy - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest silnik wiatrowy o osi prostopadłej do kierunku wiatru, przeznaczony do napędzania generatorów prądu.

Z opisu patentowego WO2007115353 znany jest silnik wiatrowy o pionowej osi obrotu, prostopadłej do kierunku działania wiatru. Zasada działania tego silnika oparta jest na zasadzie działania tzw. turbiny Savoniusa (lub Darrieusa). Najprostsza turbina Savoniusa składa się z dwóch wklęsłowypukłych łopatek (płatów), osadzonych na pionowej osi. Patrząc z góry na wirnik łopatki wyglądają jak litera S. Ze względu na krzywiznę łopatki stawiają mniejszy opór w czasie ruchu pod wiatr niż podczas przemieszczania się z wiatrem, co pozwala turbinie na obracanie się pod wpływem wiejącego wiatru i to zawsze w jednym kierunku. Tak jak w takiej turbinie, w opisie WO2007115353 przedstawiono silnik, którego wirnik posiada dwie poziome podstawy, dolną i górną, osadzone na pionowym wale, obrotowo zamocowanym w fundamencie. Na jednym z końców wału umieszczony jest generator prądu. Do podstaw przymocowane są dwa główne płaty napędowe silnika, wykonane w postaci wklęsłowypukłych płatów, najczęściej wycinków powierzchni walcowej, często dodatkowo skręconych w kształcie linii śrubowej. Takie wykonanie płatów ma zmniejszyć opór stawiany wiatrowi przez płaty - wiatr, jak w klasycznej turbinie Savoniusa, napiera na części wklęsłe płatów i ześlizguje się po części wypukłej. Dodatkowo płaty główne posiadają specjalnie ukształtowane krawędzie zewnętrzne dla zapobieżenia drganiom cienkich płatów. Wszystkie te zabiegi konstrukcyjne prowadzi się po to, aby zmniejszyć stratę wynikające z tego, że zawsze pewna część płata stawia opór wiejącemu wiatrowi. Również dla zmniejszenia tych strat, czyli dla zwiększenia sprawności silnika, co ma szczególne znaczenie w przypadku słabych wiatrów, w silnikach wiatrowych stosuje się różne urządzenia zwiększające siłę wiatru. Przykładowo w opisie WO2008039089 przedstawiono silnik wiatrowy, którego wirnik jest obudowany obudową posiadającą lejkowy wlot powietrza. W zamyśle twórców wlot taki przyczynia się do wzmocnienia strugi wiatru, co skutkuje zwiększeniem sprawności silnika.

Silnik wiatrowy według wynalazku posiada wirnik na części obwodu otoczony płatami dyfuzora, który utworzony jest przez płat przedni i płat tylny, zamocowane na ramionach podstaw dyfuzora, osadzonych na osi obrotu współosiowo z osią wirnika silnika. Płat przedni dyfuzora otacza wirnik silnika na części obwodu od strony kierunku wiatru w ten sposób, że zablokowany jest przepływ wiatru przez strefę oporu płatów napędowych, z kolei płat tylny dyfuzora otacza wirnik na części obwodu po przeciwnej stronie do płata przedniego dyfuzora. Ramię główne podstawy dyfuzora posiada statecznik kierunku do ustawiania dyfuzora odpowiednio w stosunku do kierunku działania wiatru tak, że jedna z krawędzi płata przedniego i jedna z krawędzi płata tylnego ustawione są wzdłuż kierunku działania wiatru w jednej linii wraz z osią wirnika. Płaty dyfuzora są w postaci wycinków powierzchni walcowej i zamocowane są w ramionach głównych podstaw dyfuzora obrotowo w ten sposób, że osie obrotu płatów dyfuzora znajdują się na ramionach głównych, ustawionych wzdłuż kierunku działania wiatru. Również płaty napędowe wykonane są w postaci wycinków powierzchni walcowej. Płaty dyfuzora połączone są z ramieniem głównym podstawy dyfuzora siłownikami do odchylania od położenia podstawowego na zewnątrz, a statecznik kierunku jest obrotowo zamocowany w ramieniu głównym podstawy dyfuzora i posiada siłownik do odchylania od kierunku wiatru w obie strony.

Silnik wiatrowy według wynalazku cechuje się wysoką sprawnością z uwagi na fakt, że strefa oporowa płatów napędowych jest wyłączona, zablokowana przez przedni płat dyfuzora i jednocześnie siła wiatru jest wspomagana przez oddziaływanie tylnego płata dyfuzora na strefę czynną wirnika. Uproszczeniu dzięki temu uległa konstrukcja płatów napędowych, gdyż mogą one być wykonane w postaci wycinków powierzchni walcowej, dodatkowo takim samym wycinkiem mogą być płaty dyfuzora.

Przedmiot wynalazku pokazano na rysunku, na którym przedstawiono silnik wiatrowy w przekroju poziomym przez wirnik.

Jak pokazano, na pionowym wale 1 osadzone są poziome podstawy 2, pomiędzy którymi umieszczone są trzy płaty napędowe 3 silnika. Na tym samym wale 1 osadzone są podstawy dyfuzora w postaci krzyżaka utworzonego przez ramiona główne 4 i pomocnicze 5. Dyfuzor tworzy płat przedni 6, otaczający wirnik od strony działania wiatru na części obwodu, gdzie znajduje się strefa oporu płatów napędowych 3 oraz płat tylny 7, otaczający wirnik silnika po stronie przeciwnej do płata przedniego 6. Na ramieniu głównym 4 umieszczony jest statecznik kierunku 8, ustawiający dyfuzor w określonym miejscu obwodu wirnika, takim, że płat przedni 6 dyfuzora osłania wirnik silnika na tej części obwodu, gdzie siła wiatru działa hamująco na wirnik, a po przeciwnej stronie, przesunięty o 180 stopni, znajduje się wtedy płat tylny 7.

PL 226 301 B1

W przedstawionym przykładzie wykonania płaty przedni 6 i tylny 7 dyfuzora osadzone są w ramionach głównych 4 dyfuzora obrotowo na osiach 11 i dodatkowo połączone są z ramionami głównymi 4 za pomocą siłowników 9 i 10, które służą do odchylania płatów 6 i 7 dyfuzora od pozycji zasadniczej. Podobnie w siłownik (niepokazany na rysunku) wyposażony jest statecznik kierunku 8 - tutaj siłownik również służy do ustawiania statecznika 8 w pozycji innej niż zasadnicza, która jest zgodna z linią ramion głównych 4 podstaw dyfuzora - statecznik 8 obracany jest wokół osi 12. Działanie silnika według wynalazku jest takie samo jak znanych turbin Savoniusa, jednakże przez zastosowanie dyfuzora uzyskuje się większą sprawność silnika, przez co można nim napędzać generatory prądu o wyższej mocy niż w przypadku znanych silników. Należy podkreślić, że płaty napędowe nie muszą mieć skomplikowanych kształtów, aby zmniejszyć martwą strefę, mogą mieć kształt prostych do wykonania wycinków powierzchni walcowej. Statecznik kierunku 8, związany z podstawami dyfuzora (z ramionami_4), ustawia płaty 6 i 7 dyfuzora w takiej pozycji, że płat przedni 6 przysłania strefę, gdzie wirnik wykonuje ruch w kierunku przeciwnym do kierunku wiatru, a znajdujący się po przeciwnej stronie obwodu wirnika płat tylny 7 powoduje, że napór wiatru na płaty napędowe 3 jest wzmacniany w strefie zamkniętej tym płatem tylnym 7. W przypadku, gdy wiatr jest słaby, przy pomocy siłowników 9 i 10 płaty przednie 6 i tylne 7 rozchyla się (odchyla od pozycji obwodowej wokół wirnika) i przez to powiększa się powierzchnię oddziaływania wiatru na płaty napędowe 3. Powiększenie tej powierzchni następuje również po przestawieniu statecznika kierunku 8 od pozycji zasadniczej, wzdłuż linii ramion głównych 4, do pozycji takiej, aby działanie wiatru zostało wzmocnione. Wychyleniem płatów 6 i 7 dyfuzora i statecznika kierunku 8 steruje odpowiednia automatyka.

Claims (3)

1. Silnik wiatrowy, z wirnikiem utworzonym przez dwie poziome podstawy, górną i dolną, które osadzone są na pionowym wale, przy czym pomiędzy podstawami umieszczone są płaty napędowe, przymocowane do podstaw, gdzie na części obwodu wirnik z płatami napędowymi jest otoczony przez płatowy dyfuzor, znamienny tym, że dyfuzor utworzony jest przez płat przedni (6) i płat tylny (7), zamocowane na ramionach głównych (4) podstaw dyfuzora, osadzonych na osi obrotu (1) współosiowo z osią wirnika silnika, przy czym płat przedni (6) dyfuzora otacza wirnik silnika na części obwodu od strony kierunku wiatru w ten sposób, że zablokowany jest przepływ wiatru przez strefę oporu płatów napędowych (3), a płat tylny (7) dyfuzora otacza wirnik na części obwodu po przeciwnej stronie do płata przedniego (6) dyfuzora, przy czym ramię główne (4) podstawy dyfuzora posiada statecznik kierunku (8) do ustawiania dyfuzora odpowiednio w stosunku do kierunku działania wiatru tak, że jedna z krawędzi płata przedniego (6) i jedna z krawędzi płata tylnego (7) ustawione są wzdłuż kierunku działania wiatru w jednej linii wraz z osią (1) wirnika.

2. Silnik wiatrowy według zastrz. 1, znamienny tym, że płaty (6) i (7) dyfuzora są w postaci wycinków powierzchni walcowej i zamocowane są w ramionach głównych (4) podstaw dyfuzora obrotowo w ten sposób, że osie obrotu (11) płatów dyfuzora znajdują się na ramionach głównych (4) ustawionych wzdłuż kierunku działania wiatru, przy czym płaty napędowe (3) również są w postaci wycinków powierzchni walcowej.

3. Silnik wiatrowy według zastrz. 2, znamienny tym, że płaty (6) i (7) dyfuzora połączone są z ramieniem głównym (4) podstawy dyfuzora siłownikami (9) i (10) do odchylania od położenia podstawowego na zewnątrz, a statecznik kierunku (8) jest na osi (12) obrotowo zamocowany w ramieniu głównym (4) podstawy dyfuzora i posiada siłownik do odchylania od kierunku wiatru w obie strony.