CZ25130U1 - Device for use of gas and liquid circulation - Google Patents

Description

Zařízení pro využití proudění plynů a kapalin Oblast technikyField of application

Technické řešení se týká zařízení pro využití proudění plynů a kapalin, které využívá kinetické energie proudu plynu nebo kapaliny a převádí ji na otáčivý pohyb určený k pohonu různých zaří5 zení, zejména k výrobě elektrické energie.The present invention relates to a gas and liquid flow utilization apparatus which utilizes the kinetic energy of a gas or liquid stream and converts it into a rotary motion to drive various devices, in particular to generate electricity.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Jsou známa různá řešení malých elektráren využívajících energie vody nebo větru, pracujících většinou na principu kol nebo křídel o různém počtu ploch nebo vrtulí. Tato technická zařízení jsou využívána zvláště v místních poměrech s nižním, případně středním výkonem. Některé kon10 strukce těchto zařízení jsou zhotoveny jako větrné turbíny s větším počtem, většinou ovladatelných, respektive ovládaných lopatek. Dále jsou známy konstrukce vrtulové s různým počtem listů, tyto konstrukce bývají upevněny na vrcholech stožárů. Požadavky na zajištění správné orientace vůči větru, případně vodnímu toku bývají zajišťovány různě, rovněž tak požadavek na zajišťování stálosti otáček rotoru zařízení.Various solutions of small power plants using water or wind energy are known, working mostly on the principle of wheels or wings of different numbers of surfaces or propellers. These technical devices are used especially in local conditions with low or medium power. Some of the constructions of these devices are constructed as wind turbines with a plurality of blades, most of which are controllable or controlled. Furthermore, propeller structures with different number of blades are known, these structures are fixed on tops of poles. Requirements for ensuring correct orientation with respect to wind or water flow tend to be provided differently, as well as the requirement for ensuring the rotor speed stability of the device.

Řešení uvedených požadavků je zajišťováno různým způsobem, zvláště se používají automatické systémy regulace velikosti aktivní plochy listů. Rovněž zajišťování správné orientace zařízení vůči větru, případně vodnímu toku je prováděno poměrně složitými a nákladnými způsoby. V této oblasti jsou rovněž využívány zkušenosti z leteckého průmyslu, jedná se většinou o zařízení složitá a poměrně nákladná.The solution to these requirements is achieved in various ways, in particular automatic systems for controlling the size of the active leaf area are used. Also, ensuring the correct orientation of the device relative to the wind or water flow is carried out in relatively complicated and costly ways. Experience in the aviation industry is also used in this area, mostly complex and relatively expensive.

V současné době jsou v provozu různá, konstrukčně odlišná řešení. Vzhledem k technickému řešení podle přihlášky jsou tato starší řešení náročná na výrobu a instalaci, nebo nemají dostatečnou účinnost, nebojsou závislá na nastavení ke směru proudění.At present, different, structurally different solutions are in operation. Due to the technical solution of the application, these older solutions are difficult to manufacture and install, or do not have sufficient efficiency, or are dependent on the direction of flow adjustment.

Podstata technického řešeníThe essence of the technical solution

Uvedené nedostatky do značné míry odstraňuje zařízení pro využití proudění plynů a kapalin, které využívá kinetické energie proudu plynu nebo kapaliny a převádí ji na otáčivý pohyb určený k pohonu různých zařízení, zejména k výrobě elektrické energie.These drawbacks are largely overcome by a gas and liquid flow utilization device which utilizes the kinetic energy of a gas or liquid stream and converts it into a rotary motion intended to drive various devices, in particular to generate electricity.

Podstata tohoto technického řešení spočívá v zařízení, které pracuje na principu odporu obtékaného tělesa. Deska nastavená kolmo ke směru proudění má podstatně vyšší koeficient odporu (Cx) než deska nastavená ve směru proudění. Nastavení desek provádí synchronizační prvek, který je spojen se směrovou korouhví. Tato směrová korouhev určuje optimální směr nastavení desek a tím i maximální účinnost zařízení. Desky je možné vyrobit z různých materiálů, kompozit, plast, polyuretan, gumotextil nebo kov. Tyto desky lze pokrýt fotovoltaickou fólií, která zvyšuje výkon celého zařízení. Pro podmínky vysokého mrazu lze na zařízení nanést vrstvu nanotechnologického nátěru, který zabezpečí vysokou odolnost. Pro havarijní stavy (záplavy a jiné) je zkonstruováno toto zařízení na mobilním podvozku s teleskopickým samoukotvovacím stožárem.The essence of this technical solution lies in a device which works on the principle of resistance of the flowing body. A plate set perpendicular to the flow direction has a significantly higher resistance coefficient (Cx) than a plate set in the flow direction. The adjustment of the plates is carried out by a synchronizing element which is connected to the direction banner. This guideline determines the optimum direction of the plate adjustment and thus the maximum efficiency of the device. Boards can be made of various materials, composites, plastic, polyurethane, rubber-textile or metal. These plates can be covered with photovoltaic film, which increases the performance of the entire plant. For high frost conditions, a layer of nanotechnology coating can be applied to the equipment to ensure high durability. For emergency conditions (floods and others), this device is designed on a mobile chassis with a telescopic self-anchoring mast.

Uvedené zařízení obsahuje rotor, na jehož ramenech jsou otočně upevněny desky, které lze vyřešit několika způsoby. Základní desky jsou rovné například z materiálů dřevo, plast, kompozit, kov. Další výhodnější variantou jsou desky vyrobené z gumotextilního materiálu osazeného do kovového rámu. Desky jsou účinnější oproti rovným deskám díky tomuto principu. Deska, která je nastavená kolmo ke směru proudění větru se ve svém středu prohne o 2-4 cm záleží na rychlosti větru a chová se jako plachta. Takováto deska zachytí větší množství větru, který způsobí větší tlak na ni, než na rovnou desku. Díky synchronizačnímu prvku zůstává synchronizace desek stejná. Pri dokončení otáčení desky, která byla kolmo ke směru proudění větru se gumotextilní materiál srovná do roviny a působí tak minimální odpor vůči větru.Said apparatus comprises a rotor on whose arms plates are rotatably mounted which can be solved in several ways. The base plates are straight, for example from wood, plastic, composite, metal. Another more preferred variant is sheets made of a rubber-textile material mounted in a metal frame. Boards are more efficient than flat boards due to this principle. The plate, which is set perpendicular to the wind direction, bends 2-4 cm in its center depending on the wind speed and acts like a sail. Such a plate absorbs more wind, which causes more pressure on it than on a flat plate. Thanks to the synchronization element, the plate synchronization remains the same. Upon completion of rotation of the plate that was perpendicular to the direction of wind flow, the rubber-textile material is leveled to provide minimal wind resistance.

-1CZ 25130 Ul-1GB 25130 Ul

Další variantou jsou desky esovitě zahnuté, které ulehčují natáčení desek synchronizačním prvkům. Deska je na svou šířku dvakrát esovitě zahnutá, vždy od středu ke straně na jinou stranu. Úhel zakřivení je možno odečíst z obrázku.Another variant is the S-bent plates, which facilitate the rotation of the plates to the synchronization elements. The board is two-sided curved in width, always from the center to the other side. The angle of curvature can be read from the figure.

Synchronizační prvky jsou prvky, které udržují desky ve stejných polohách vůči korouhvi,Synchronization elements are elements that keep the plates in the same positions relative to the banner,

Korouhev nastavuje polohu všech desek, respektive celého zařízení kolmo k ose proudění. Synchronizační prvky dohromady tvoří tzv. synchronizační soustavu desek. Synchronizační prvky mohou být tvořeny několika způsoby, například řetěz s ozubenými koly, řemeny a rozvodnými koly. V našem případě po dlouhém zkoumání jsme zvolili princip šnekových převodů, ozubených kol a kardanové hřídele.The banner adjusts the position of all plates or the entire device perpendicular to the flow axis. Together, the synchronization elements form a so-called plate synchronization system. The synchronization elements can be formed in several ways, for example a chain with gears, belts and gears. In our case, after a long examination, we chose the principle of worm gears, gears and cardan shaft.

Tyto desky jsou pomocí synchronizačních prvků spojeny se směrovou korouhví, která zajišťuje správné polohy desek ke směru proudění. Celé zařízení je otočně uloženo na nosné ose, která může být v libovolné poloze, vždy však kolmo k ose proudění.These plates are connected by means of synchronizing elements to a directional banner, which ensures the correct position of the plates to the flow direction. The entire device is rotatably supported on a support axis, which can be in any position, but always perpendicular to the flow axis.

Zařízení je spojeno s generátorem přímo. Díky vlastnímu generátoru s vnějším rotorem, je zařízení přímo spojeno s rotorem generátoru přes připojovací patici.The device is connected directly to the generator. Thanks to its own generator with an external rotor, the device is directly connected to the generator rotor via a connection socket.

Počet desek musí být více nezjedná vzhledem k dynamickému vyvážení a rovnoměrností chodu zařízení.The number of plates must be more than one due to dynamic balancing and uniformity of operation of the device.

Synchronizační soustava je nastavena v poměru 1 : 2 k směrové korouhvi, to znamená, že za jednu otáčku rotoru se deska otočí pouze o 180°. Provedení může být technicky zhotoveno různým způsobem, např. řetězem, ozubeným řemenem, kuželovým soukolím, ozubenými koly a podobně.The synchronization system is set at a ratio of 1: 2 to the directional banner, that is, the rotor rotates only 180 ° per revolution of the rotor. The embodiment may be technically constructed in various ways, e.g., by a chain, a toothed belt, a bevel gear, a gear, and the like.

V porovnání s ostatními systémy, kde se využívá rozdílu koeficientu odporu Cx, je účinnost tohoto zařízení vyšší, neboť využívá díky synchronizaci největšího možného rozdílu koeficientu odporu. Díky jednoduché a plynulé synchronizaci otáčení desek, oproti systémům s překlápěcími lopatkami, vykazuje při provozu také nízkou hladinu hluku.Compared to other systems where the resistance coefficient difference Cx is used, the efficiency of this device is higher because it utilizes the largest possible resistance coefficient difference due to synchronization. Thanks to the simple and smooth synchronization of the plate rotation, compared to the tilting blade systems, it also exhibits low noise levels during operation.

Zařízení lze využít hlavně v lokalitách, které jsou mimo dosah elektrické sítě např. pohon zavlažovačích čerpadel, ohřev TU V, pohon různých strojů, atp.The equipment can be used mainly in locations that are out of the reach of the electricity network, eg drive irrigation pumps, heating TU V, drive various machines, etc.

Přehled obrázků na výkresechBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Technické řešení bude blíže osvětleno pomocí výkresu, na kterém zobrazuje obrázek 1 zařízení podle technického řešení v bokorysu a na obrázku 2 a 3 pak uvedené zařízení v různé poloze desek.The technical solution will be explained in more detail by means of the drawing, in which figure 1 shows the device according to the invention in side view and in figures 2 and 3 the device in different position of the plates.

Obr. 4 znázorňuje provedení technologie zakřivených desek, díky kterým se zvyšuje účinnost celého zařízení o 10 % - 15 %, kde na tomto obrázku je vidět profil zakřivení desky pohledem shora.Giant. 4 shows an embodiment of the curved plate technology, which increases the efficiency of the entire device by 10% - 15%, where the profile of the curvature of the plate is seen from above.

Obr. 5 znázorňuje přímé spojení s generátorem el. energie. Princip propojení turbíny a generáto35 ru, kde turbína je propojena naprímo přes patici na generátor.Giant. 5 shows a direct connection to an el. energy. The principle of interconnection of the turbine and generator, where the turbine is connected directly through the socket to the generator.

Obr. 6 znázorňuje provedení šnekové hřídele.Giant. 6 shows an embodiment of a worm shaft.

Příklady provedení technického řešeníExamples of technical solution

Technické zařízení, podle obr. 1, 2 a 3, se skládá z rotoru 1, na jehož ramenech jsou otočně upevněny desky 2. Tyto desky jsou pomocí synchronizační soustavy 3 spojeny se směrovou korouhví 4, která zajišťuje správné polohy desek ke směru proudění. Celé zařízení je otočně uloženo na nosné ose 5, která může být v libovolné poloze, vždy však kolmo k ose proudění.1, 2 and 3 consists of a rotor 1 on whose arms the plates 2 are rotatably mounted. These plates are connected by means of a synchronization system 3 to a direction standard 4, which ensures the correct position of the plates to the flow direction. The entire device is rotatably supported on a support axis 5, which can be in any position, but always perpendicular to the flow axis.

Počet desek musí být více než jedna (2, 3, 4, 5, 6, 7,... x) vzhledem k dynamickému vyvážení rovnoměrnosti chodu zařízení, v uvedeném příkladu provedení jsou tři desky.The number of plates must be more than one (2, 3, 4, 5, 6, 7, ... x) due to the dynamic balancing of the uniformity of operation of the device, in the example shown there are three plates.

-2CZ 25130 Ul-2GB 25130 Ul

Synchronizace je nastavena v poměru 1 : 2 k směrové korouhvi, za jednu otáčku rotoru se deska otočí o 180°. Technické provedení může být řešeno různým způsobem, např. řetězem, ozubeným řemenem, kuželovým soukolím, ozubeným kolem a jinými ekvivalenty.The synchronization is set in the ratio 1: 2 to the direction banner, in one revolution of the rotor the plate is rotated 180 °. The technical design can be solved in various ways, for example with a chain, a toothed belt, a bevel gear, a gear and other equivalents.

Na obr. 5 je znázorněno přímé spojení s generátorem el. energie. Princip propojení turbíny a 5 generátoru, kde turbína 6 je propojena napřímo přes patici 7 na generátor 8.FIG. 5 shows a direct connection to an electric generator. energy. The principle of interconnection of the turbine and the generator 5, where the turbine 6 is connected directly through the base 7 to the generator 8.

Claims (5)

NÁROKY NA OCHRANUPROTECTION REQUIREMENTS 1. Zařízení pro využití proudění plynů a kapalin, vyznačující se tím, že je tvořeno rotorem (1), na jehož ramenech jsou otočně upevněny nejméně dvě desky (2), které jsou pomocí synchronizační soustavy (3) spojeny se směrovou korouhví (4), přičemž rotor (1) a směrová io korouhev (4) jsou otočně uloženy na nosné ose (5).Apparatus for the use of gases and liquids, characterized in that it consists of a rotor (1), on whose arms at least two plates (2) are rotatably mounted and connected to a direction banner (4) by means of a synchronization system (3). wherein the rotor (1) and the directional banner (4) are rotatably mounted on the support axis (5). 2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že rotor (1) je spojen přímo s generátorem (8) prostřednictvím připojovací patice.Device according to claim 1, characterized in that the rotor (1) is connected directly to the generator (8) via a connection socket. 3. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že desky (2) jsou z materiálu kompozit nebo plast nebo polyuretan nebo gumotextil nebo kov.Device according to claim 1, characterized in that the plates (2) are of composite or plastic or polyurethane or rubber-textile or metal material. 1515 Dec 4. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že desky (2) jsou pokryty fotovoltaickou fólií nebojsou opatřeny vrstvou nanotechnologického nátěru.Device according to claim 1, characterized in that the plates (2) are covered with a photovoltaic film or are coated with a nanotechnological coating. 5. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že synchronizační soustava (3) sestává z šnekových převodů, ozubených kol a kardanové hřídele.Device according to claim 1, characterized in that the synchronization system (3) consists of worm gears, gears and a cardan shaft.