(13) B1 (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) PL B1 F03D 3/02

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (21) Numer zgłoszenia (22) Data zgłoszenia (51) IntCl6: F03D 3/02 (54) Wiatrak panelowy (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 20/94 (73) Uprawniony z patentu: P rzed siębiorstw o Projektowania i Usług R óżnych "B U D O P LA N " Sp. z o.o., Wrocław, PL (72) Twórcy wynalazku: Rom an Papiernik, Wrocław, PL Bartosz Papiernik, W rocław, PL (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 10/99 (74) Pełnomocnik: W ięckowski Leszek, K A N C E L A R IA P A T E N T O W A PL B1 (57) Wiatrak panelowy składający się z panela lub dowolnej jego wielokrotności, znamienny tym, że panel (8) składa się z zespołu kierownic strumieni (2) oraz usytuowanej za nimi turbiny zaopatrzonej w łopatki (5) umieszczone na okręgu, których obwód tworzy turbinę, przy czym turbina zamocowana jest z obu stron osi (6) w gniazdach (9) konstrukcji panela (8). Fig. 1

2 W iatrak panelow y Zastrzeżenie patentowe Wiatrak panelowy składający się z panela lub dowolnej jego wielokrotności, znamienny tym, że panel (8) składa się z zespołu kierownic strumieni (2) oraz usytuowanej za nimi turbiny zaopatrzonej w łopatki (5) umieszczone na okręgu, których obwód tworzy turbinę, przy czym turbina zamocowana jest z obu stron osi (6) w gniazdach (9) konstrukcji panela (8). * * * Przedmiotem wynalazku jest wiatrak panelowy do otrzymywania użytecznej energii z przepływów równoległych zwłaszcza wiejących wiatrów i zmieniających się zarówno co do kierunku i prędkości. Znane są różnego rodzaju wiatraki, wyposażone w turbiny, osłony, kierownice strumieni, ale ich wspólną cechą jest to, że pracują mocą mniejszą, od mocy strumienia wiatru, który ma taką samą prędkość oraz wielkość przekroju poprzecznego, jak strumienie wiatru działające na ich konstrukcje napędzające, w związku z czym energia wiatru nie jest alternatywna do konwencjonalnych nośników energii. Dotychczas znane silniki wiatrowe wyposażone w wirnik z łopatkami, budowane jako bębnowe o poziomej osi obrotu oraz jako karuzelowe o pionowej osi obrotu, posiadają przesłonę, która osłania co najmniej połowę obwodu wirnika. Siła wynikająca z naporu wiatru na nieosłonięte łopatki wywołuje moment obrotowy. Łopatki umieszczone są najczęściej wzdłuż promienia wirnika. Z opisu niemieckiego DE-PS znane jest urządzenie, w którym przed turbiną wiatrową zainstalowane są pierścieniowe skrzydła, dzięki czemu w wyniku odchylania przez skrzydła napływającego strumienia wiatru powstają spirale wirowe, co powoduje powstanie pola przepływowego, a to pole przepływowe zwiększa osiową prędkość przepływu strugi. Przy małych średnicach wirnika możliwe jest przejmowanie dużych mocy, przy czym otrzymuje się współczynniki zwiększenia 6 do 8. Wadą dotychczas znanych silników wiatrowych wirnikowych jest niewielka moc oraz niska sprawność. Maksymalne wykorzystanie siły wiatru jest tylko chwilowe w momencie kiedy siła ta jest prostopadła do powierzchni łopatki wirnika. Celem wynalazku jest uniknięcie tych wad i niedogodności i zaprojektowania urządzenia, które przez znaczne wykorzystanie energii wiatru posiadać będzie wysoki współczynnik sprawności, będzie osiągać dużą moc, a jego działanie będzie niezależne od kierunku wiatru i zmienności tego kierunku w czasie. Cel ten osiągnięto poprzez skonstruowanie wiatraka panelowego, w którym panel lub jego wielokrotność składa się z zespołu kierownic strumieni oraz usytuowanej za nimi turbiny zaopatrzonej w łopatki umieszczone na okręgu, których obwód tworzy turbina. Turbina zamocowana jest z obu stron osi w gniazdach konstrukcyjnych panela. Do napędu turbina wykorzystuje energie wiatru, różnicę ciśnień po obu stronach konstrukcji napędzającej oraz cztero- i sześciokrotne przyspieszenie przepływu wiatru. Wiatrak według wynalazku charakteryzuje się prostą konstrukcją umożliwiającą wykorzystanie wiatrów już od prędkości 2 m/s i jest tym samym konkurencyjny dla innych znanych wiatraków. Wiatrak panelowy według wynalazku przedstawiony jest w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia urządzenie w widoku ogólnym z przodu w ustawieniu prostopadłym do kierunku wiejącego wiatru, fig. 2 przedstawia urządzenie w widoku z boku w ustawieniu równoległym do kierunku wiejącego wiatru, fig. 3 pokazuje w

3 powiększeniu fragment konstrukcji napędzającej w widoku z przodu w przekroju wzdłużnym II-II zaznaczonym na fig. 4, natomiast fig. 4 powiększony fragment konstrukcji napędzającej w przekroju poprzecznym I-I zaznaczonym na fig. 3. Wiatrak panelowy zbudowany jest z określonej wielokrotności paneli 8, których suma czołowych płaszczyzn tworzy powierzchnię przechwytywania wiatru 1. Poszczególne panele 8 połączone są w płaszczyznach poziomych rejami 7, które równocześnie stanowią płaszczyznę dolną i górną panela 8. W skład panela 8 wchodzi zespół kierownic strumieni 2 za którymi umieszczona jest turbina osadzona w osi 6 której końce zamocowane są w gniazdach 9 znajdujących się w rejach 7. Wiatrak posiada przekładnie mocy 10 oraz konstrukcję napędzającą za pomocą obrotnicy 11 mocowaną do podstawy wiatraka, przy czym przekaz mocy z konstrukcji jest realizowany na główną oś napędzającą 12. Turbina na swoim obwodzie posiada łopatki 5 w ilości korzystnie 32 sztuk odchylone od osi turbiny 6 o kąt 20. Kierownice strumieni 2 tworzą powierzchnię przechwytywania wiatru 1 większą o 2 razy od przekroju osiowego turbiny 5 i zwężają strumienie przepływu przed powierzchnią czynną turbiny A1 3 o 4 razy w stosunku do powierzchni przechwytywania wiatru 1 oraz kierują strumienie przepływu na powierzchnię czynną turbiny A 1 pod kątem 35 co zwiększa prędkość przepływu w tej strefie o 4 razy w stosunku do prędkości wiatru przed powierzchnią przechwytywania 1 i zwiększa energię strumieni o 64 razy, powierzchnia czynna A 1 3 na którą działa wiatr przyspieszony 4 razy ma 20% sprawności, wielkość 0,46 powierzchni przechwytywania wiatru 1 i po wykorzystaniu części energii przepływu działa jak kierownice strumieni, zwężając strumień przepływu wewnątrz turbiny o 6 razy, w stosunku do powierzchni przechwytywania wiatru 1, co zwiększa prędkość przepływu przed powierzchnią czynną turbiny A2 4 o 6 razy w stosunku do prędkości wiatru przed konstrukcją silnika i zwiększa energię przepływu o 216 razy. Powierzchnia czynna turbiny A2 4, na którą działa wiatr przyspieszony o 4 razy, ma 30% sprawności i wielkość 0,30 powierzchni przechwytywania wiatru 1. Maksymalną moc silnika można wyliczyć ze wzoru: N=η1ρA1υ13+η2ρA2υ23/ 2g gdzie: η - sprawność turbiny (η1=0,2; η2=0,3) ρ - gęstość powietrza (1,29 kg/m3) g - przyśpieszenie ziemskie (9,81 m/s2) A - powierzchnia czynna turbiny (równa 0,76 powierzchni przechwytywania wiatru, A 1=0,46A, A2=0,30A) υ - prędkość wiatru przed konstrukcją (υ1=4υ, υ2=6υ) Moc wiatru występującego w naturze, działającego prostopadle na powierzchnię przechwytywania wiatru 1, można obliczyć ze wzoru: N= ρ A υ3 2g gdzie: ρ - gęstość powietrza (1,29 kg/m3) g - przyśpieszenie ziemskie (9,81 na/s3) A - powierzchnia przechwytywania wiatru 1 υ - prędkość wiatru

4 Wiatrak panelowy ma zastosowanie do bezpośredniego napędu maszyn i urządzeń, jak generatory prądu elektrycznego, sprężarki, jednostki pływające oraz pośredniego napędu elektrowni i obiektów przemysłowych sprężonym powietrzem, do wytwarzania i magazynowania energii do napędu wodnych elektrowni szczytowo-pompowych.

5 Fig. 3 Flg. 4

6 Fig. 1 Fig. 2 Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz Cena 2,00 zł.