CS269831B1

CS269831B1 - Vertical wind turbine

Info

Publication number: CS269831B1
Application number: CS8610282A
Authority: CS
Inventors: Pavel Ing Kilian
Original assignee: Kilian Pavel
Priority date: 1986-12-30
Filing date: 1986-12-30
Publication date: 1990-05-14
Also published as: CS1028286A1

Abstract

Řešení se týká vertikální větrné turbiny, u níž ve většině případů odpadá přídavná synchronizace sklápění jejích listů, u níž lze snadno nastavit požadovaný průběh regulace a snížit regulační síly na minimum. Uvedeného cíle se dosáhne u konstrukce, u níž listy (3) jsou uloženy vertikálně výkyvně na vnějších koncích nosných ramen (5), jež jsou svými vnitřními konci uspořádána na rotoru (1), s regulačními táhly (A) listů, jejichž vnější konce jsou uložeΠ ny vertikálně výkyvně na listech (3) a jejichž vnitřní konce jsou uloženy vertikálně výkyvně na rotoru (1),.přičemž listy (3) jsou ve výchozí poloze drženy vratnou silou. * Oále jsou u této konstrukce nosná ramena (5) listů svými vnitřními konci uložena vertikálně výkyvně na rotoru (1). V alternativním provedení jsou s nosnými rameny (5) pevně spojena pomocná ramena (11), na jejichž koncích jsou vertikálně výkyvně uložena svými vnitřními konci regulační táhla (4) listů protilehlých listů (3).The solution concerns a vertical wind turbine, in which in most cases additional synchronization of the folding of its blades is eliminated, in which the desired course of regulation can be easily set and the regulation forces reduced to a minimum. The stated objective is achieved in a structure in which the blades (3) are mounted vertically pivotably on the outer ends of the support arms (5), which are arranged with their inner ends on the rotor (1), with the control rods (A) of the blades, the outer ends of which are mounted vertically pivotably on the blades (3) and the inner ends of which are mounted vertically pivotably on the rotor (1), whereby the blades (3) are held in the initial position by a restoring force. * In this structure, the support arms (5) of the blades are mounted vertically pivotably on the rotor (1) with their inner ends. In an alternative embodiment, auxiliary arms (11) are firmly connected to the supporting arms (5), at the ends of which the regulating rods (4) of the blades of the opposing blades (3) are vertically pivotably mounted with their inner ends.

Description

Vynález se týká vertikální větrné turbíny se sklápěcími listy.The invention relates to a vertical wind turbine with folding blades.

Aby se vertikální větrná turbína otáčela alespoň přibližně stále stejnou rychlostí i při proměnlivé rychlosti větru, je nutné zajistit regulaci jejích otáček. To se děje zpravidla tak, že její listy na pevných ramenech rotoru jsou sklápěcí ve vertikální rovině a jejich osy sklápění leží mimo těžiště listů. Vlivem odstředivé síly při otáčení rotoru se listy sklápějí, a sice čím je rychlost větru větší, tím se listy více sklápějí, což se projeví ve zmenšování aktivní vztlakové plochy listů a v zachování stejné rychlosti otáčení větrné turbíny. Jejich návrat do původní polohy při snížení rychlosti větru ,se děje vratnou silou. Je-li těžiště listů pod osou jejich sklápění, je jako vratné síly využito gravitace. To je tak zvaná A-forma vertikální větrné turbíny. Je-li těžiště listů nad osou jejich sklápění, je jako vratné síly použito pružiny. To je tak zvaná V-forma vertikální větrné turbíny.'V těchto případech je nutné, aby sklápění listů bylo synchronizováno, nebol by jinak kmitaly nekontrolované, zejména vlivem poryvů větru. Zařízení na synchronizaci však bývají poměrně složitá a nákladná a mohou být případně i zdrojem poruch.In order for a vertical wind turbine to rotate at least approximately the same speed even with variable wind speed, it is necessary to ensure its speed regulation. This is usually done by tilting its blades on the fixed rotor arms in a vertical plane and their tilting axes lie outside the center of gravity of the blades. Due to the influence of centrifugal force during rotor rotation, the blades tilt, namely the higher the wind speed, the more the blades tilt, which is reflected in the reduction of the active lifting area of the blades and in maintaining the same speed of rotation of the wind turbine. Their return to their original position when the wind speed decreases is done by a restoring force. If the center of gravity of the blades is below the axis of their tilting, gravity is used as the restoring force. This is the so-called A-form of a vertical wind turbine. If the center of gravity of the blades is above the axis of their tilting, springs are used as the restoring force. This is the so-called V-shape of a vertical wind turbine. In these cases, it is necessary that the folding of the blades is synchronized, otherwise they would oscillate uncontrollably, especially due to gusts of wind. However, synchronization devices tend to be relatively complex and expensive and can also be a source of malfunctions.

Uvedené nevýhody odstraňuje vertikální větrná turbína podle vynálezu, jehož podstatou je, že nosná ramena listů jsou svými vnitřními konci uložena vertikálně výkyvné na rotoru. S nosnými rameny jsou pevně spojena pomocná ramena, na jejichž koncích jsou vertikálně výkyvné uložena vnitřními konci regulační táhla listů protilehlých listů.The above disadvantages are eliminated by the vertical wind turbine according to the invention, the essence of which is that the supporting arms of the blades are mounted with their inner ends vertically pivoting on the rotor. Auxiliary arms are firmly connected to the supporting arms, at the ends of which the blade control rods of the opposite blades are mounted vertically pivoting with their inner ends.

Výhodou vertikálně větrné turbíny podle vynálezu je, že ve většině případů odpadá přídavná synchronizace sklápění jejích listů, dále že lze snadno nastavit požadovaný průběh regulace, listy lze uchytit na nosných ramenech přímo v těžišti, takže regulační síly jsou co nejmenší a namáhání listů vlivem odstředivé síly rovnoměrné, konečně je možné snadno zakapotovat nosná ramena i regulační táhla tak, aby kapotáž zvětšovala aerodynamický zisk.The advantage of the vertical wind turbine according to the invention is that in most cases additional synchronization of the folding of its blades is eliminated, furthermore, the desired course of regulation can be easily set, the blades can be attached to the support arms directly at the center of gravity, so that the regulation forces are as small as possible and the stress on the blades due to centrifugal force is uniform, finally, it is possible to easily cover the support arms and the regulation rods so that the fairing increases the aerodynamic gain.

Příklady vertikální větrné turbíny podle vynálezu jsou znázorněny schematicky na výkresech, na nichž obr. 1 značí vertikální větrnou turbínu formy V, obr. 2 vertikální větrnou turbínu formy A, obr. 3 alternativní provedení vertikální větrné turbíny formy V.Examples of a vertical wind turbine according to the invention are shown schematically in the drawings, in which Fig. 1 indicates a vertical wind turbine of form V, Fig. 2 a vertical wind turbine of form A, Fig. 3 an alternative embodiment of a vertical wind turbine of form V.

Rotor 2 je upevněn na,hřídeli 2, otočně uloženém na neznázorněném stožáru (obr. 1). Každý list 2 je uložen vertikálně výkyvné na vnějším konci nosného ramene 2 pomocí závěsu 2- Nosná ramena 2 jsou vnitřními konci uložena vertikálně výkyvné ná rotoru 2 pomocí závěsů £. Nosná ramena 2 směřují od rotoru 2 šikmo dolů a opírají se o pevný doraz 10 na rotoru 2· Na každém listu 2 je pomocí závěsu 6 uloženo vertikálně výkyvné svým vnějším koncem regulační táhlo £ listu. Regulační táhlo £ listu je svým.vnitřním koncem uloženo vertikálně výkyvné na rotoru 2 pomocí závěsu 2· Rovněž regulační táhla £ listů směřují od rotoru 2 šikmo dolů. Závěsy £ a 2 jsou uspořádány nad sebou. Rovněž závěsy 8 a 9 jsou uspořádány nad sebou. Popsaná vertikální větrná turbína má formu V.The rotor 2 is mounted on a shaft 2, rotatably mounted on a mast (not shown) (Fig. 1). Each blade 2 is mounted vertically pivotably on the outer end of the support arm 2 by means of a hinge 2. The support arms 2 are mounted vertically pivotably on the rotor 2 by means of hinges £ with their inner ends. The support arms 2 point diagonally downwards from the rotor 2 and rest against a fixed stop 10 on the rotor 2. On each blade 2, a control rod £ of the blade is mounted vertically pivotably with its outer end by means of a hinge 6. The control rod £ of the blade is mounted vertically pivotably with its inner end on the rotor 2 by means of a hinge 2. The control rods £ of the blades also point diagonally downwards from the rotor 2. The hinges £ and 2 are arranged one above the other. The hinges 8 and 9 are also arranged one above the other. The described vertical wind turbine has a V shape.

Alternativní provedení podle obr. 2 se od provedení na obr. 1 liší pouze v tom, že nosná ramena 5 jsou s regulačními táhly £ listů překřížena. V tomto případě jde o vertikální větrnou turbínu formy A.The alternative embodiment according to Fig. 2 differs from the embodiment in Fig. 1 only in that the support arms 5 are crossed with the control rods £ of the blades. In this case, it is a vertical wind turbine of form A.

V alternativním provedení podle obr. 3 je s každým nosným ramenem 2 pevně spojeno pomocné rameno 11, na jehož konci je uloženo výkyvné vertikálně svým vnitřním koncem regulační táhlo £ listu protilehlého listu 2 pomocí závěsu £. Jedná se o vertikální větrnou turbínu formy V, jež má sudý počet listů 3. —In the alternative embodiment according to Fig. 3, an auxiliary arm 11 is firmly connected to each supporting arm 2, at the end of which a vertically swinging control rod £ of the blade of the opposite blade 2 is mounted by means of a hinge £. This is a vertical wind turbine of the V shape, which has an even number of blades 3. —

V popsaných příkladech i v dalších neznázorněných provedeních platí, že při stejné délce nosných ramen 2 a regulačních táhel £ listů musí být vzdálenost mezi závěsy 8 a 9 na rotoru 2 odlišná od vzdáleností mezi závěsy 6 a 2 na listech 2 ^a naopak. Pouze v případě překřížení nosných ramen 2 ³ regulačními táhly £ listů (obr. 2) může být při jejich stejné délce vzdálenost mezi závěsy 6 a 2 na listech 2 stejná, jako vzdálenost mezi závěsy 8 a 9 na rotoru 2· možné, aby jak délka nosných ramen 2 a regulačních táhel £ listů, tak i vzdálenost mezi závěsy 6 a 2 na listech 2 a mezi závěsy 8 a 9 na rotoru 2 byla odCS 269831 Bl lišná. Změnou těchto hodnot lze seřídit požadovaný průběh regulace. Zkracování nebo prodlužování nosných ramen 2 nebo regulačních táhel £ listů lze provádět také například pomocí známého napínacího šroubu.In the described examples and in other embodiments not shown, it is valid that, with the same length of the supporting arms 2 and the control rods £ of the blades, the distance between the hinges 8 and 9 on the rotor 2 must be different from the distances between the hinges 6 and 2 on the blades 2 ^and vice versa. Only in the case of crossing the supporting arms 2 ^{by the 3} control rods £ of the blades (Fig. 2), with their same length, the distance between the hinges 6 and 2 on the blades 2 can be the same as the distance between the hinges 8 and 9 on the rotor 2. It is possible for both the length of the supporting arms 2 and the control rods £ of the blades, as well as the distance between the hinges 6 and 2 on the blades 2 and between the hinges 8 and 9 on the rotor 2 to be different from CS 269831 Bl. By changing these values, the desired control course can be adjusted. Shortening or lengthening of the support arms 2 or the regulating rods £ of the blades can also be carried out, for example, using a known tensioning screw.

V popsaných příkladech směřují nosná ramena £ od rotoru £ šikmo dolů. Jako vratné síly J^e využito gravitace. Pokud budou nosná ramena £ směřovat od rotoru £ šikmo nahoru, pak jako vratné síly se použije pružin. Dále je možné, aby regulační táhla 4 listů byla uspořádána pod nosnými rameny 5. V popsaných příkladech se regulační táhla £ listů a nosná ramena 5 od rotoru £ navzájem sbíhají. Je však možné, aby se rozbíhala. V takových případech, kdy regulační táhla £ listů přenášejí pouze tahové síly způsobené listy £, například na obr. 3, lze regulační táhla £ listů z neohebného materiálu nahradit lankem a podobně.In the described examples, the support arms £ point obliquely downwards from the rotor £. Gravity ^is used as the restoring force. If the support arms £ point obliquely upwards from the rotor £, then springs are used as the restoring force. It is also possible for the control rods 4 of the blades to be arranged under the support arms 5. In the described examples, the control rods £ of the blades and the support arms 5 of the rotor £ converge with each other. However, it is possible for them to diverge. In such cases, when the control rods £ of the blades transmit only the tensile forces caused by the blades £, for example in Fig. 3, the control rods £ of the blades made of inflexible material can be replaced by a cable or the like.

V klidu jsou listy £ ve svislé poloze. Vlivem odstředivé síly při otáčení rotoru £ «i se nosná ramena £ zvednou a s nimi i regulační táhla £ listů. Listy £ se současně sklopí, v provedení na, obr. 1 a 3 svou horní částí ven z rotoru £ ve směru šipky a v provedení na obr. 2 dovnitř rotoru £ ve směru šipky. Velikost sklopení bude záviset na rychlosti * větru. Pokud je třeba, aby regulace listů £ nastala bez zpoždění, jsou listy £ ve výchozí poloze již částečně sklopeny.At rest, the blades £ are in a vertical position. Under the influence of centrifugal force when the rotor £ «i rotates, the support arms £ are raised and with them the control rods £ of the blades. The blades £ are simultaneously folded, in the embodiment in Fig. 1 and 3 with their upper part out of the rotor £ in the direction of the arrow and in the embodiment in Fig. 2 into the rotor £ in the direction of the arrow. The amount of folding will depend on the wind speed *. If it is necessary for the regulation of the blades £ to occur without delay, the blades £ are already partially folded in the starting position.

Vertikální větrné turbíny podle vynálezu lze použít v místech, kde hlučnost jiných typů větrných turbín je nežádoucí a kde se požaduje odolnost větrných turbín proti přetížení vichřicí a orkánem.Vertical wind turbines according to the invention can be used in places where the noise of other types of wind turbines is undesirable and where wind turbines are required to be resistant to overloads caused by gales and hurricanes.

Claims

1. A vertical wind turbine with blades mounted vertically pivotably on the outer ends of the support arms, which are arranged with their inner ends on the rotor, with blade control rods, the outer ends of which are mounted vertically pivotably on the blades and their inner ends are vertically pivotably on the rotor, the blades being held in the initial position by a restoring force, characterised in that the support arms (5) of the blades are mounted vertically pivotably on the rotor (1) with their inner ends.

2. Vertical wind turbine according to item 1, characterized in that auxiliary arms (11) are firmly connected to the supporting arms (5), at the ends of which the regulating rods (4) of the blades of the opposing blades (3) are vertically pivotably mounted with their inner ends.