EE01435U1 - Vertikaalse võlliga tuuleajam - Google Patents

Abstract

Leiutis käsitleb vertikaalse võlliga tuuleajamit, millel on vertikaalsele pöörlevale võllile kinnitatud põhiolemuselt S-kujulised tuulekanalid, nii et tuulekanalite vahele on moodustatud tuuletunnel. Tuulekanalid on ristkülikukujulise ristlõikega kaarjad põhiolemuselt S-kujulised avatud otstega õõnsad tuulekanalid, mille vertikaalsed külgseinad on põhiolemuselt S-kujulised ja ülemine ning alumine sein on tasapinnalised. Tuulekanalite vahel oleva tuuletunneli ülemine külg ja alumine külg on kaetud lehtmaterjaliga.

Description

Tehnikavaldkond

Kasulik mudel kuulub tuuleajamite valdkonda ja käsitleb vertikaalse võlliga tuuleajamite täiustamist.

Tehnika tase

Tuuleajamid jagunevad propellertüüpi labadega ajamiteks, mille võllid on horisontaalsed, ja ajamiteks, mille võllid on vertikaalsed. Tuntud on kolme propelleritüüpi labaga tuuleajamid, mida kasutatakse elektrienergia tootmiseks. Ajamid on horisontaalse võlliga ja vajavad seadmeid, mis pööraksid labad vastu tuult. Seadmed on kallid, samuti on kallid mastid, sest ka alumises asendis olev laba vajab tuult. Samas tekitavad seda tüüpi tuuleajamid suurt müra. Peale selle toodavad need seadmed/ajamid nii palju elektrienergiat, et vajavad elektriliine energia jaotamiseks. Vertikaalse võlliga väikeajamite eelis on see, et nad ei vaja seadet, mis orienteeriks rootori võlli vastavalt tuule suunale ning seadmeid võib vastavalt toodetavale energiavajadusele paigutada ühele mastile mitu. Samuti ei ole toodetud elektri tarbimiskohale juhtimiseks vaja ehitada

l liselt pikka elektriliini. Tuuleajamid on eriti sobivad asustatud väikesaarte

elektrivarustuse tagamiseks.

Senituntud vertikaalse võlliga ajamid on väikese võimsusega, kaalult rasked, kohmakad ja neid on keeruline valmistada.

Tuntud on Soome leiutaja Savoniuse poolt 1928. aastal esitatud patenditaotlus, mis käsitles vertikaalse võlliga tuuleajamit. Savoniuse tuuleajam on käesoleva leiutise lähim analoog. Seade on valmistatud terasplekist ja annab kõrguse 3 m juures võimsust kuni 7 kW (bibliograafiline allikas: Tehnika kõigile. Populaarteaduslik kuukiri, 1938. a, III aastakäik). Kuukirjas on ära mainitud, et rootori külge kinnitatud tiiva kuju ja asetus, nimelt selle kõverus, sirge osa ulatus, vaheruum jne on määrava tähtsusega rootori ehitamisel. Savoniuse tuuleajam sisaldab vähemalt ühte kaarjate tuult püüdvate elementide paari ning kinnituskonstruktsiooni tuult püüdvate elementide kinnitamiseks vertikaalse võlli külge. Kaarjad tuult püüdvad elemendid on vertikaalse võlli suhtes vastastikku paigutatud nii, et nende vahele on moodustatud põhiolemuselt S-kujuline tuuletunnel. Käesolev leiutis võtab aluseks Savoniuse tuuleajami konstruktsiooni

eesmärgiga täiustada Savoniuse tuuleajami lahendust, et suurendada tuuleajami elektritootmise efektiivsust.

Leiutise olemus

Käesoleva leiutise eesmärk oli välja töötada ja valmistada tuuleajam, mis oleks kerge, odav ja kasutatav taludes ja saartel, kus puudub elektrivarustus. Seoses viimase aja arenguga, mille tulemuseks on olnud üha sagedasem LED pirnide kasutuselevõtt, on valgustuse elektritarve nii palju vähenenud, et selle elektritarbe katab ära tuuleajam, mis väikese tuulega, näiteks 1 pall, paneks pöörlema generaatori, mis toidab ära valgustuse. Suurema tuulekiiruse juures annaks leiutisekohane tuuleajam nii palju elektrivõimsust, et saaks kütta ka elamut. Käesoleva leiutise tuuleajami tuult püüdvad elemendid on ristkülikukujulise ristlõikega kaarjad avatud otstega õõnsad tuulekanalid. Tuuleajam sisaldab vähemalt ühte tuulekanalite paari. Mainitud tuulekanalite vertikaalsed külgseinad on põhiolemuselt S-kujulised ja ülemine ning alumine külg on tasapinnalised. Tuulekanalid, eelistatud teostuses kaks tuulekanalit ehk tuulekanalite paar, on kinnitatud pöörlevale vertikaalsele võllile kinnitatud raamile nii, et tuulekanalid on paigutatud vertikaalse võlli suhtes pöördsümmeetriliselt. Tuulekanalite paari vahele jääva

etunneli üksteisest kaugeimate punktide E ja F vaheline kaugus tuuletunneli põhja

tasapinnas on D (vaata joonis fig 3). Tuulekanalite kaarjate osade raadiused on seotud suurusega D. Eelistatud teostuses on raam nelinurkse profiiliga, eelistatult metallist, näiteks alumiiniumist nelikanttoru lõigust valmistatud raam. Tuulekanalid on valmistatud õhukesest (eelistatud teostuses 1 mm paksusest) sobiva jäikusega lehtmaterjalist, näiteks alumiiniumlehest, ja tuulekanali vertikaalse võlli poolsele kaarjale seinale on antud soovitud kuju, et kahe tuulekanali vahel oleks tekitatud tehnika tasemest tuntud Savoniuse tüüpi tuuleajami tuuletunnel. Tuuletunneli ülemine ja alumine katmata horisontaalosa on kaetud lehtmaterjaliga, näiteks lehtmetalliga, alternatiivselt võib ülemine ja alumine katmata horisontaalosa olla kaetud plastmaterjaliga.

Tuulekanalitega raam on kinnitatud teraskettale, mis on kinnitatud vertikaalsele võllile, mis on omakorda kinnitatud tugiraami ja laagrite vahendusel tuuleajami masti külge. Nelikanttoru lõigust valmistatud raam on sobiva tugevusega, tänu sellele saab tuulekanalid teha õhukesest ja seega kergest materjalist, mille tõttu tuuleajam hakkab pöörlema juba väikese tuulekiiruse juures, mille puhul horisontaalvõlliga tuulikute labad

veel ei liigugi. Tuuleajam töötab müravabalt. Tuulekanaleid on võimalik valmistada ka rotatsioonmeetodil plastikust.

Alternatiivses variandis sisaldab tuuleajam rohkem kui ühte tuulekanalite paari, kusjuures tuulekanalite paarid on paigutatud üksteise peale ja pöörlemistelje suhtes nihkesse, et saavutada tuuleajami ühtlasem pöörlemine.

Jooniste loetelu

Leiutise eelistatud teostusi kirjeldatakse kaasasolevatele joonistele viidates, kus joonistel on kujutatud järgnevat:

joonisel fig 1 on kujutatud leiutisekohase tuuleajami tuulekanalit pealtvaates;

joonisel fig 2 on kujutatud joonise fig 1 vaadet A;

joonisel fig 3 on kujutatud leiutisekohase tuuleajami kahte tuulekanalit raamile monteerituna;

joonisel fig 4 on kujutatud tuuleajami raami kinnitust alusele ja aluse kinnitust mastile;

j isel fig 5 on pealtvaates kujutatud kahte teineteise peale monteeritud

tuulekanalipaari;

joonisel fig 6 on kujutatud joonise fig 5 vaadet E.

Leiutise teostamise näide

Leiutise kohase ristkülikukujulise ristlõikega kaarja avatud otstega õõnsa tuulekanali 1 vertikaalse võlli pöörlemistelje P poolsel (joonis fig 1) vertikaalsel külgseinal on esimene kaarjas osa 2 raadiusega R1, esimene sirge osa 3 ja teine kaarjas osa 4 raadiusega R2. Tuulekanalite 1 paari vahele jääva tuuletunneli üksteisest kaugeimate punktide E ja F vaheline kaugus tuuletunneli põhja tasapinnas on D (vaata jooniseid fig 1 ja 3). Esimese sirge osa 3 ja teise kaarja osa 4 ühenduskoha ja tuulekanali vertikaalse võlli pöörlemistelje P vaheline vahemaa on B. Tuulekanali teisel (pöörlemisteljest P kaugemale jääval) vertikaalsel külgseinal on kolmas kaarjas osa 5 raadiusega R3 ja teine sirge osa 6. Tuulekanali esimese kaarja osa 2 raadius R1 on 0,2D, teise kaarja osa 4 raadius R2 on 0,15D ja kolmanda kaarja osa 5 raadius R3 on 0,43D. Tuulekanali

vertikaalse võlli pöörlemistelje P poolse (joonis fig 1) vertikaalse külgseina esimese sirge osa 3 laius on 0,3D.

Tuulekanali alumine külg 7 ja ülemine külg 8 on eelistatud teostuses lõigatud plekist välja ning sikemasinal on väljalõigatud tahvlite servad painutatud/valtsitud 90° nurga alla peegelpildis. Piki mainitud alumise külje 7 ja ülemise külje 8 painutatud/valtsitud servi on keevitusega ühendatud vertikaalsed seinaosad. Nii on saadud ristkülikukujulise ristlõikega kaarjad avatud otstega õõnsad tuulekanalid, kusjuures tuulekanali sisenemisava 9 on suurem kui tuulekanali väljumisava 10, kusjuures väljumisava laius C on võrdne teise kaarja osa 4 raadiusega R2. Leiutise eelistatud teostuses on tuulekanali sisenemisava 9 tehtud nii, et vertikaalse võlli pöörlemisteljest P kaugemale jääva vertikaalse külgseina kolmas kaarjas osa 5 ulatub ettepoole kaugemale kui vertikaalse võlli pöörlemistelje P poolse vertikaalse külgseina esimene kaarjas osa 2, nii et tuule sisenemisava 9 tasapinna ja vertikaalse võlli poolse vertikaalse külgseina esimese kaarja osa 2 sisenemisava 9 poolsest otsast tõmmatud pinnanormaali vahele on moodustatud nurk a. Eelistatud teostuses on nurk α 20°.

Nii valmistatud kaks tuulekanalit on kinnitatud raamile 11 (vaata joonis fig 3) ja saadud

de kahe tuulekanali vahele Savoniuse tuuletunneliga samase kujuga tuuletunnel.

Saadud tuuletunneli avatud horisontaalosad, s.o ülevalt ja alt, on kaetud lehtmaterjaliga 12.

Tuulekanalid on mõlemast otsast avatud. Tuulekanalid on valmistatud paaris: 2, 4 või rohkem, sõltuvalt mitu paari tuulekanaleid üksteise peale soovitakse monteerida. See sõltub tuuleajami kõrguse valikust. Joonisel fig 3 on näidatud kahe tuulekanali kinnitamist nelikanttoru lõigust valmistatud raamile 11. Nelikanttoru lõigust valmistatud raam 11 on tuuleajami pealtvaates rööpkülikukujuline. Koostud (tuulekanalid raamiga, raam alusega) on eelistatud teostuses ühendatud poltide, mutrite, seibidega, kuid alternatiivselt võivad olla ühendatud neetühendusega, punktkeevitusega, keevitusega.

Joonisel fig 4 on kujutatud nelikanttoru kujulise raami 11 kinnitust tuuleajami vertikaalsele võllile 13. Selleks on vertikaalsele võllile kinnitatud ketas 14 (eelistatult terasketas), mille peale on kinnitatud nelikanttoru lõigust valmistatud raam 11. Vertikaalse võlli ülemine ots on ühendatud kettaga 14. Vertikaalne võll on ülemise otsa lähedalt ja alumisest otsast paigaldatud tugiraami 15 külge kinnitatud laagripukkides 16

olevatesse iseseaduvatesse laagritesse 17. Tugiraam 15 on ühendatud mastiga 18, eelistatud teostuses flantsühendusega.

Joonisel fig 5 on näidatud pealtvaates kaht paari tuulekanaleid monteeritult. Paarid on omavahel ühendatud 90° nurga all. Kui tuulekanali kõrgus H valida väike, siis võib üksteise peale monteeritud tuulekanali paare olla rohkem, kusjuures siis ühendatakse tuulekanalipaarid omavahel muu nurga all kui 90° nurga all, vastavalt kolme paari puhul 60° nurga all, nelja paari puhul 45° nurga all jne.

Tuuleajami paneb pöörlema tuul, mis läbib kahte või rohkemat tuulekanalipaari ja iga paari vahele jäävat ülevalt- ja altpoolt kaetud Savoniuse tuuletunnelit.

Claims (13)

1. 1. Vertikaalse võlliga tuuleajam, mis sisaldab vähemalt ühte kaarjate tuult püüdvate elementide paari ning kinnituskonstruktsiooni tuult püüdvate elementide kinnitamiseks vertikaalse võlli (13) külge ja vertikaalse võlli (13) kinnitamiseks masti (18) külge, kaarjad tuult püüdvad elemendid on vertikaalse võlli (13) suhtes vastastikku paigutatud nii, et nende vahele on moodustatud põhiolemuselt S-kujuline tuuletunnel, mis erineb selle poolest, et tuult püüdvad elemendid on ristkülikukujulise ristlõikega kaarjad avatud otstega õõnsad tuulekanalid (1), mille vertikaalsed külgseinad on põhiolemuselt S-kujulised ning alumine külg (7) ja ülemine külg (8) on tasapinnalised, tuulekanalite (1) sisenemisava (9) on suurem kui tuulekanalite (1) väljumisava (10), tuulekanalite (1) vahele moodustatud põhiolemuselt S-kujulise tuuletunneli ülemine ja alumine külg on kaetud lehtmateijaliga (12).
2. 2. Vertikaalse võlliga tuuleajam vastavalt nõudluspunktile 1, mis erineb selle poolest, et tuulekanalid (1) on vertikaalsele võllile (13) kinnitatud nelikanttoru lõigust valmistatud raami (11) külge.
3. 3. Vertikaalse võlliga tuuleajam vastavalt nõudluspunktile 1, mis erineb selle poolest, et t letunneli üksteisest kaugeimate punktide (E, F) vaheline kaugus tuuletunneli põhja tasapinnas on D.
4. 4. Vertikaalse võlliga tuuleajam vastavalt nõudluspunktile 2, mis erineb selle poolest, et nelikanttoru lõigust valmistatud raami (11) kõrgus on võrdne tuulekanalite (1) kõrgusega.
5. 5. Vertikaalse võlliga tuuleajam vastavalt nõudluspunktidele 1 ja 3, mis erineb selle poolest, et tuulekanali (1) vertikaalse külgseina esimese kaarja osa (2) raadius (R1) on 0,2D.
6. 6. Vertikaalse võlliga tuuleajam vastavalt nõudluspunktidele 1 ja 3, mis erineb selle poolest, et tuulekanali (1) vertikaalse külgseina teise kaarja osa (4) raadius (R2) on 0,15D.
7. 7. Vertikaalse võlliga tuuleajam vastavalt nõudluspunktidele 1 ja 3, mis erineb selle poolest, et tuulekanali (1) vertikaalse külgseina kolmanda kaarja osa (5) raadius (R3) on 0,43D.
8. 8. Vertikaalse võlliga tuuleajam vastavalt nõudluspunktidele 1 ja 3, mis erineb selle poolest, et tuulekanali (1) vertikaalse seina esimese sirge osa (3) laius on 0,3D.
9. 9. Vertikaalse võlliga tuuleajam vastavalt nõudluspunktile 1, mis erineb selle poolest, et tuuleajami vertikaalsel võllil on teineteise peal kaks tuulekanalite (1) paari, mis on teineteise suhtes nihutatud 90° nurga võrra.
10. 10. Vertikaalse võlliga tuuleajam vastavalt nõudluspunktile 1, mis erineb selle poolest, et tuuleajami vertikaalsel võllil on üksteise peal rohkem kui kaks tuulekanalite (1) paari, mis on teineteise suhtes nihutatud 90° erineva nurga võrra.
11. 11. Vertikaalse võlliga tuuleajam vastavalt nõudluspunktile 1, mis erineb selle poolest, et tuulekanali (1) tuule sisenemisava (9) tasapinna ja vertikaalse võlli poolse vertikaalse külgseina esimese kaarja osa (2) sisenemisava (9) poolsest otsast tõmmatud pinnanormaali vahele on moodustatud nurk α).
12. 12. Vertikaalse võlliga tuuleajam vastavalt nõudluspunktile 11, mis erineb selle poolest, et nurk (α on 20°.
13. 13. Vertikaalse võlliga tuuleajam vastavalt nõudluspunktidele 1 ja 2, mis erineb selle poolest, et vertikaalse võlli (13) kinnitamiseks masti (18) külge on kasutatud ripukkide (16) sees olevate iseseaduvate laagritega (17) varustatud tugiraami (15).