PL228967B1 - Silnik wiatrowy o pionowej osi obrotu - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest silnik wiatrowy o pionowej osi obrotu, w którym wirniki są połączone z generatorami prądu elektrycznego. Istota zgłoszenia polega na tym, że wewnątrz modułów (1), zestawionych z kierownic (2) i pierścieni (3), jest osadzony co najmniej jeden wirnik (12) z co najmniej trzema łopatami (15 lub 16) w kształcie skrzydła lotniczego. Wirnik jest połączony za pośrednictwem co najmniej jednej przewiązki (17) z dwoma kołnierzami (18), ułożyskowanymi w piastach, które to piasty są połączone za pośrednictwem wsporników pierścieniami (3). Kołnierze (18) wirników (12 lub 13 albo 14) są połączone osiowo za pośrednictwem łączników (21) wielowypustowych, lub dolne kołnierze (18), co najmniej jednego wirnika (12, i/lub 13 i/lub 14) są sprzęgnięte z co najmniej jednym generatorem (23), a ponadto kołnierze (18) wirników (12 i 13 lub 14) są połączone osiowo za pośrednictwem łączników (21) wielowypustowych.

Description

Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: 12.05.2016 (51) Int.CI.

F03D 3/04 (2006.01) F03D 3/06 (2006.01) F03D 3/02 (2006.01) F03D 13/10 (2016.01) (54)

Silnik wiatrowy o pionowej osi obrotu

	(73) Uprawniony z patentu:
(43) Zgłoszenie ogłoszono:	BŁASZCZYK PIOTR, Linne, PL
20.11.2017 BUP 24/17	(72) Twórca(y) wynalazku:
	PIOTR BŁASZCZYK, Linne, PL
(45) O udzieleniu patentu ogłoszono:
30.05.2018 WUP 05/18	(74) Pełnomocnik:
	rzecz, pat. Anna Bełz

r*.

co σ>

oo

CM

CM

Q_

PL 228 967 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest silnik wiatrowy o pionowej osi obrotu do wytwarzania energii elektrycznej.

Znana jest opublikowanego opisu US2012014799 turbina wiatrowa z wirnikiem o co najmniej trzech łopatkach, rozmieszczonych wokół osi, połączonych z ramionami prostopadłymi do osi. Każda łopatka jest połączona z osią ramionami, przy czym dolne ramię jest przesunięte kątowo względem drugiego ramienia tak, że krawędź łopatki jest pochylona pod kątem w stosunku do pionu.

Znane jest także ze zgłoszenia JP2002130110 urządzenie do wytwarzania energii z siły wiatru, posiadające wiele jednostek segmentów ułożonych współosiowo. Wirniki poszczególnych segmentów są połączone poprzez zapadki, zaś dolny wirnik jest połączony z generatorem. Segmenty są zaopatrzone w stałe pionowe kierownice rozmieszczone równomiernie i ustawione pod ostrym kątem w stosunku do promienia wirnika.

Zgodnie z wynalazkiem każda łopata wirnika jest połączona za pośrednictwem co najmniej jednej przewiązki z kołnierzami ułożyskowanymi w piastach, połączonych za pośrednictwem wsporników z poziomymi pierścieniami modułów. Pierścienie są utworzone z płyt o jednakowym wykroju. Kołnierze wirników sąsiednich modułów są połączone osiowo za pośrednictwem łączników wielowypustowych, zaś dolny kołnierz co najmniej jednego wirnika jest połączony z co najmniej jednym generatorem. Łopata wirnika ma długość równą w przybliżeniu wysokości co najmniej jednego modułu, a kąt natarcia czoła łopaty względem pionu jest zależny od wielkości przemieszczenia wzajemnego modułów, to jest przesunięcie wierzchołka górnego łopaty w stosunku do wierzchołka dolnego równe jest przesunięciu kierownic w związku z przemieszczeniem osiowym modułów. Poza tym łopata jest skręcona tak, aby na całej jej długości był zachowany jednakowy odstęp od wewnętrznych krawędzi pierścieni. Cięciwa profilu łopaty w punkcie natarcia jest odchylona w stosunku do płaszczyzny prostopadłej do promienia wirnika o kąt beta zawarty w granicach od 45° do 90°. Długość cięciwy łopaty jest w przybliżeniu równa rozpiętości sąsiednich krawędzi wewnętrznych kierownic. Powłoka łopat oraz kierownic jest gładka.

Kierownice powietrza posiadają co najmniej dwie płaszczyzny. Pierwsza, zewnętrzna płaszczyzna kierownicy jest usytuowana radialnie, a ostatnia płaszczyzna kierownicy idąc w kierunku środka modułu, jest usytuowana pod kątem ostrym alfa w stosunku do promienia modułu, przy czym stosunek kąta alfa nachylenia ostatniej płaszczyzny kierownicy do kąta beta nachylenia cięciwy profilu łopaty w punkcie natarcia zawiera się korzystnie w granicach 0,5 do 0,8. Co druga płaszczyzna kierownicy jest korzystnie równoległa do płaszczyzny bazowej.

Korzystnie kąt natarcia czoła prostej łopaty względem pionu jest zależny od wielkości wzajemnego przemieszczenia osiowego modułów, to jest przesunięcie wierzchołka górnego względem wierzchołka dolnego czoła łopaty jest równe w przybliżeniu przesunięciu kierownic modułów obejmujących długość takiej łopaty.

Korzystnie kąt natarcia czoła prostej łopaty względem pionu, w przypadku gdy długość takiej łopaty jest równa wysokości pojedynczego modułu, jest w przybliżeniu równy rozstawieniu sąsiednich krawędzi wewnętrznych kierownic modułu.

Korzystnie kąt natarcia czoła łopaty, której krawędź natarcia ma kształt litery „V”, zaś długość łopaty jest większa niż wysokość jednego modułu, jest zależny od przemieszczenia osiowego względem siebie modułów będących w sferze obracającego się wirnika tak, że krawędź natarcia łopaty mieści się w przestrzeni pomiędzy dwiema wewnętrznymi kierownicami dwóch sąsiednich modułów.

Korzystnie przewiązki mają w przekroju poprzecznym kształt profilu skrzydła samolotowego.

Korzystnie pierścień modułu składa się z dwóch warstw utworzonych z płyt ułożonych stycznie krawędziami i połączonych wzajemnie, przy czym płyty drugiej warstwy są przesunięte względem płyt pierwszej warstwy korzystnie o połowę szerokości płyty.

Korzystnie co najmniej jeden generator jest połączony ze sterownikiem, przełączającym funkcje jego stanu pracy.

Silnik wiatrowy posiada dużą elastyczność przetwarzania energii wiatru na energię elektryczną, ponieważ istnieje możliwość załączania poszczególnych generatorów w zależności od siły wiatru lub przełączania ich funkcji pracy, to jest zamiany z generatora na silnik elektryczny. Konstrukcja z łopatami o profilu skrzydła samolotu zapewnia, że obroty wirnika nie powodują nadmiernych turbulencji w przepływie powietrza poprzez moduły.

PL 228 967 B1

Przedmiot wynalazku jest pokazany w przykładowym wykonaniu na rysunku, na którym Fig. 1 przedstawia widok ogólny zestawu silnika z przekrojem podłużnym, Fig. 2 widok z góry modułu z częściowym przekrojem w powiększonej skali, Fig. 3 szczegół przekroju modułu wraz z wirnikiem w powiększonej skali, Fig. 4 widok wirnika z pięcioma łopatami, Fig. 5 widok wirnika z łopatami w kształcie litery „V”, Fig. 6 szczegół połączenia wirników, a Fig. 7 szczegół ustawienia dwóch warstw płyt pierścienia.

Konstrukcja silnika składa się z siedmiu jednakowych modułów 1 ustawionych w pionie. Każdy moduł 1 tworzą pionowo usytuowane kierownice 2, równomiernie rozmieszczone oraz połączone od góry i od dołu za pomocą kątowników z poziomymi pierścieniami 3. Pierścienie 3 są zestawione z płyt 4 o jednakowym kształcie, ułożonych krawędziami na styk, tworząc pierwszą pierścieniową warstwę 5. Na pierwszej warstwie 5 płyt jest ułożona druga warstwa 6 płyt 4, o takich samych wymiarach, lecz przemieszczonych względem płyt 4 pierwszej warstwy 5 o połowę szerokości tych płyt 4. Płyty 4 pierwszej warstwy 5 i drugiej warstwy 6 są połączone stabilnie. Ponadto płyty 4 sąsiednich modułów 1 są skręcone bez szczelin śrubami. Sąsiednie moduły 1 są przemieszczone osiowo względem siebie o połowę odległości pomiędzy kierownicami 2. Kierownice 2, rozmieszczone w równych odstępach, są ukształtowane w czterech płaszczyznach 7, 8, 9 i 10, przy czym zewnętrzna płaszczyzna 7 i trzecia kolejna płaszczyzna 9 są ustawione radialnie, zaś druga płaszczyzna 8 i czwarta płaszczyzna 10 są usytuowane pod kątem alfa wynoszącym 61° w stosunku do promienia modułu 1. Dolny moduł 1 jest posadowiony na podporach 11.

Wewnątrz modułów 1 są umieszczone trzy wirniki 12, 13 i 14, z których każdy ma po pięć łopat 15 i 16, mających w przekroju poprzecznym profil skrzydła lotniczego, przy czym wysokość łopat 15 pierwszego wirnika 13 ma wartość nieco mniejszą od wysokości trzech modułów 1, a wysokość łopat 15 drugiego wirnika 13 i trzeciego wirnika 14 wynosi nieco mniej niż wysokość dwóch modułów 1. Długość cięciwy łopaty 15 lub 16 jest równa rozstawieniu krawędzi sąsiednich kierownic 2. Krawędź natarcia łopaty 15, mająca długość równą w przybliżeniu wysokości dwóch i trzech modułów jest załamana w postaci litery „V”. Łopaty 16 trzeciego wirnika 14 są nachylone w stosunku do pionu pod kątem 15° tak że górny wierzchołek jest wysunięty względem dolnego wierzchołka o odcinek równy wielkości przesunięcia między sąsiednimi kierownicami 2 dwóch modułów 1, a ponadto cięciwa profilu łopaty 15 i 16 w punkcie natarcia jest nachylona do promienia o kąt beta wynoszący 80°. Długość cięciwy łopaty 15 lub 16 jest w przybliżeniu równa rozstawieniu sąsiednich krawędzi wewnętrznych kierownic 2. Dodatkowo łopaty 15 i 16 są skręcone tak, że są na całej swojej długości jednakowo oddalone od krawędzi wewnętrznych pierścieni 3. Łopaty 15 i 16 są połączone za pomocą przewiązek 17. Każda łopata 15 i 16 jest połączona dwoma przewiązkami 17 z dwoma kołnierzami 18, które są ułożyskowane w nieruchomych piastach 19, połączonych za pośrednictwem dziesięciu płaskich wsporników 20 z pierścieniami 3 umieszczonymi naprzeciwko tych piast 19. Kołnierze 18 wirników 12, 13 i 14 są sprzęgnięte za pośrednictwem łączników 21 wielowypustowych. Powłoka łopat 15 i 16 jest wykonana z kompozytu włókien sztucznych i żywic epoksydowych i jest gładka, w celu zmniejszenia oporów tarcia. Także gładka jest powierzchnia kierownic 2. Dolny kołnierz 18 wirnika 13 jest połączony poprzez wielowypustowy łącznik 21 z trzema generatorami 23 elektrycznymi, ustawionymi szeregowo, a dolny kołnierz wirnika 14 jest połączony z jednym generatorem 23 elektrycznym. Generatory 23 elektryczne są połączone ze sterownikiem 24, przełączającym funkcje ich stanów pracy tak, że w razie potrzeby wybrane generatory stają się silnikami elektrycznymi. Wyjście sterownika 24 jest podłączone do sieci 25 energetycznej.

Na Fig. 5 pokazano łopatę 15 długości nieco mniejszej niż wysokość trzech modułów 1, której krawędź natarcia jest wygięta w postaci zbliżonej do litery „V”, przy czym wierzchołki łopaty są wysunięte w stosunku do środka o wielkość pomiędzy kierownicami 2.

Claims (10)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Silnik wiatrowy o pionowej osi obrotu zestawiony z połączonych między sobą, bez szczelin modułów, które są utworzone z pionowych kierownic powietrza połączonych z dwoma poziomymi pierścieniami tworzącymi konstrukcję samonośną, wyposażonych w wirniki z łopatami w kształcie skrzydła samolotowego, znamienny tym, że wewnątrz modułów jest osadzony co najmniej jeden wirnik (12), lub (13), albo (14) z co najmniej trzema łopatami (15) lub (16), które są połączone za pośrednictwem co najmniej jednej przewiązki (17) z dwoma kołnierzami (18)

   PL 228 967 B1 ułożyskowanymi w piastach (19), które to piasty (19) są połączone za pośrednictwem wsporników (20) z poziomymi pierścieniami (3) modułów (1), zaś wspomniane pierścienie (3) są utworzone z płyt (4) o jednakowym wykroju, a ponadto kołnierze (18) wirników (12) i (13) lub (14) są połączone osiowo za pośrednictwem łączników (21) wielowypustowych, lub dolne kołnierze (18) co najmniej jednego wirnika (12) i/lub (14) i/lub (13) są sprzęgnięte z co najmniej jednym generatorem (23), a ponadto jednoczęściowe kierownice (2) powietrza utworzone są z co najmniej dwóch płaszczyzn (7) i (10), z których zewnętrzna płaszczyzna (7) jest usytuowana radialnie, a ostatnia płaszczyzna (10) kierownicy (2), idąc w kierunku środka modułu (1), jest usytuowana pod kątem ostrym alfa w stosunku do promienia modułu (1), przy czym stosunek kąta alfa nachylenia ostatniej płaszczyzny (10) kierownicy (2) do kąta beta nachylenia cięciwy profilu łopaty (15) lub (16) w punkcie natarcia zawiera się korzystnie w granicach 0,5 do 0,8, zaś kąt beta pomiędzy prostopadłą do promienia w punkcie natarcia do cięciwy profilu łopaty (15) lub (16) wynosi od 45° do 90°.
2. 2. Silnik wiatrowy według zastrz. 1, znamienny tym, że łopata (15) lub (16) ma długość równą w przybliżeniu wysokości co najmniej jednego modułu (1), a kąt natarcia czoła łopaty (15) lub (16) względem pionu jest zależny od wielkości przemieszczenia wzajemnego modułów (1), to jest przesunięcie wierzchołka górnego łopaty (16) w stosunku do wierzchołka dolnego równe jest przesunięciu kierownic (2) powstałemu na skutek przemieszczenia osiowego modułów (2), oraz że łopata (15) lub (16) jest skręcona tak, aby na całej jej długości był zachowany jednakowy odstęp od wewnętrznych krawędzi pierścieni (3).
3. 3. Silnik wiatrowy według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że długość cięciwy łopaty (15) lub (16) jest w przybliżeniu równa rozstawieniu sąsiednich krawędzi wewnętrznych kierownic (2).
4. 4. Silnik wiatrowy według zastrz. 1 albo 2 albo 4, znamienny tym, że kąt natarcia czoła łopaty (16) względem pionu jest zależny od wielkości wzajemnego przemieszczenia osiowego modułów (1), to jest przesunięcie wierzchołka górnego względem wierzchołka dolnego czoła łopaty (16) jest równe w przybliżeniu przesunięciu kierownic (2), modułów (1) obejmujących długość łopaty (16).
5. 5. Silnik wiatrowy według zastrz. 1 albo 2 albo 4, znamienny tym, że kąt natarcia czoła łopaty (16) względem pionu, w przypadku gdy długość łopaty (16) jest równa wysokości pojedynczego modułu (1), jest w przybliżeniu równy rozstawieniu sąsiednich krawędzi wewnętrznych kierownic (2) modułu (1).
6. 6. Silnik wiatrowy według zastrz. 1 albo 2 albo 4, znamienny tym, że kąt natarcia czoła łopaty (15) , której krawędź natarcia ma kształt litery „V”, zaś długość łopaty jest większa niż wysokość jednego modułu, jest zależny od przemieszczenia osiowego względem siebie sąsiednich modułów (1), a tym samym kierownic (2) będących w sferze obracającego się wirnika tak, że krawędź natarcia łopaty (15) mieści się w przestrzeni pomiędzy pionowymi prostymi przechodzącymi przez brzegi dwóch kierownic (2) dwóch sąsiednich modułów (1).
7. 7. Silnik wiatrowy według zastrz. 1, znamienny tym, że pierścień (3) ma dwie warstwy (5) i (6) utworzone z płyt (4) ułożonych stycznie krawędziami, przy czym płyty (4) drugiej warstwy (6) są przesunięte względem płyt (4) pierwszej warstwy (5) korzystnie o połowę szerokości płyty (4).
8. 8. Silnik wiatrowy według zastrz. 1, znamienny tym, że przewiązki (17) mają w przekroju poprzecznym kształt profilu skrzydła samolotowego.
9. 9. Silnik wiatrowy według zastrz. 1, znamienny tym, że co najmniej jeden generator (23) jest połączony ze sterownikiem (24), przełączającym funkcje jego stanu pracy.
10. 10. Silnik wiatrowy według zastrz. 4, znamienny tym, że powłoka łopat (15) i (16) oraz kierownic (2) jest gładka.