RS20180565A1 - Krilata vetrenjača - Google Patents

Abstract

Krilata vetrenjača je oblik vetrenjače sa obostranim vešanjem rotora na pokretnom postolju i maksimiziranom površinom preuzimanja udarne snage vetra koju opisuje rotor vetrenjače uz dodatne mogućnosti zahvatanja vetra po obimu i usmeravanja po pravcu kretanja.

Description

OPIS PRONALASKA

Naziv pronalaska: Krilata vetrenjača

Polazeći od vizuelnog izgleda pronalaska i njegovim poredjenjem sa postojećim tehničkim rešenjem problema, kojim se ovaj pronalazak bavi, a to je korišćenje vetra kao izvora energije, predmetni pronalazak sam nazvao „Krilata vetrenjača". Za razliku od postojećeg, pretežnog i dominantnog rešenja preuzimanja snage vetra troelisnim vetrenjačama, koje nam svakog dana sve više ukrašavaju ambijent i ugrožavaju životni prostor, predmetno rešenje karakterišu oblici iste namene, koji svojim izgledom a naročito svojom brojnošću, opravdavaju asociraju na navedeni naziv. Umesto samo tri elise, predloženo rešenje karakteruše masovnost pomenutih krila, čiji broj prelazi i više stotina.

Naravno da nije u pitanju samo spoljni izgled tehničkog rešenja problema, nego u prvom redu i isključivo pitanje efikasnosti takvog rešenja u odnosu na isuviše visoku cenu njihovih proizvoda po postojećim rešenjima.

O detaljima rešenja biće podrobnije reči u i pod naslovima opisa koji sledi.

Oblast tehnike na koju se pronalazak odnosi

Pronalazak se odnosi na tehniku dobijanja energije. S obzirom na različite izvore energije, tehnike njenog dobijanja su vrlo raznolike. Pored ograničenih izvora, tehnika sagorevanja fosilnih goriva i biomase ostavlja nepoželjne posledice na životnu sredinu, a ta tehnika može da dovede i do (po mišljneju mnogih naučnih autoriteta) klimatskih promena sa neizvesnim posledicama.

Za razliku od prednjeg, tehnika dobijanja energije korišćenjem snage vetra se zasniva na čistim i obnovljvim a ponegde i obilnim izvorima i nema štetnih i neželjenih posledica za životnu sredunu kao ni klimatskih promena sa neizvesnim ishodom.

Poznato stanje tehnike

I pored velikg broja izvora i primene najnovijih naučnih rešenja u dobijanju energije iz tih raznolikih izvora, količina dobijene energije ni izdaleka ne zadovoljava narasle i sve veće potrebe, kako proizvodne tako i potreba krajnje potrošnje. Kada je reč o korišćenju snage vetra, postojeća tehnika poznaje razne vrste vetrenjača, koje koriste vetar kao spontanu prirodnu pojavu sa vrlo neujednačenom snagom i neredovnom pa čak ponegde i vrlo retkom pojavom. Pored toga tehnika preuzimanja tako neujednačene snage i neredovne prirodne pojave, kakav je vetar, krajnje je neracionalna i ogleda se u vrlo niskom procentu korišćenja površine udarne snage vetra, koju opisuju tri ili četri elise vetrenječe. Umesto 5 do 6%, koliko pokrivaju tri ili četiri elise u postojećem sistemu, primenom rešenja prema predmetnom pronalasku, ovaj procenat je i do deset puta veći.

Suština pronalaska

Suština pronalaska se ogleda u racionalnijem korišćenju površine udarne snage vetra, koju pokrivaju elise, u ovom slučaju krila, rotora vetrenjače.

Za mene su neprihvatljiva objašnjenja, kako se većim brojem elisa ne postiže veća brzina njihovog obrtanja, kao da je cilj samo brzina a ne ukupna snaga, koju, pored brzine čini i masa. Tako na primer nije isto podići 100 kg jedan metar visine za jedan sekund ili 200 kg za jedam metar za to isto vreme. U prvom slučaju u pitanju je snaga od jednog kilovata, a u drugom od dva. A kada imamo snagu onda nam neći biti teško da, odgovarajućim prenosom, dodjemo i do željene brzine.

Ili na primer u elaboratu za izgradnju vetroparka u Južnom Banatu iznosi se podatak, kako se kod vetrenjača sa maksimalnim performansama dužine elisa, drastično menja efekat i to kod brzine vetra od 3m/s 20 KW, kod brzine od 6m/s 600 KW i 12m/s 3000 KW, ali nisam pronašao objašnjenje sem tog termina drastično, čime bi se objasnila takva drastična promena.

Očigledno je medjutim da u snazi vetra, pored brzine, učestvuje i masa, do čije promene, odnosno povećanja, dolazi usled veće gustine vazduha kod njegovog bržeg kretanja. Ukoliko, medjutim, nije u pitanju neki problem oko pretvaranja brzine vetra u brzinu okretanja rotora vetrenjače, što bi onda zavisilo i od vrste pretvarača, onda bi efekat brzine vetra na dobivenu snagu, trebalo da bude proporcionalan toj brzini, a sve ostalo bi, na ovaj ili onaj način, moralo da se odnosi na masu, ukoliko se ne dovodi u pitanje formula snage u kojoj su masa i brzina ravnopravni faktori.

Ono što je, medjutim sigurno, jeste činjenica da, u ovom slučaju, bez mase nema ni brzine.

Ukoliko,medjutim, prihvatimo tvrdnje o proporcionalnom odnosu izmedju površine udarne snage vetra, i same snage toga vetra, onda je prednost krilate vetrenjače nad troelisnom ili sličnim njoj, neuporediva, pošto iz uporedivosti tih površina, koje ćemo u narednim izlaganjima računski i dokazati, izlazi da je ta prednost desetostruka ili čak i više od toga, pa samim tim i veća efikasnost uredjaja, a time i niža cena po jedinici proizvoda,

U napred navedenom detaljnom i opširnom elaboratu, izradjenom od za to pozvanih stručnjaka, iznosi se i kao problem, retkost pojave vetra brzina većih od 3m/s, kao minimuma potrebnog za pokretanje vetrenjača, izgradjenih po najsavremenijim tehničkim rešenjima. Ovim pronalaskom rešava se i taj problem, tako što će pokretanje vetrenjača biti moguće i pri manjim brzinama vetra, srazmerno pomenutom većem stepenu racionalnosti korišćenja površine udarne snage vetra, a time postizanja i ukupno veće snage, koja se odgovarajućim prenosom brzine, može pretvoriti u željenu veću brzinu, koja je limitirana kao najmanja upotrebljiva.

Posebna specifičnost brzina, koje se postižu na osnovu brzine kretanja vetra je u tome, što su one vrlo često limitirane malim brzinama, sa jedne strane, i sa druge strane čestim promenama tih i takvih brzina. Moje je ubedjenje, da je ovo pitanje, ovim mojim pronalaskom, rešeno na efikasniji način od postojećih rešenja.

Pored navedenog niskog stepena iskorišćenjsti površine udarne snage vetra, očigledno je da savremene vetrenjače opterećuje i problem vešanja rotora, ili kako sam ga već nazvao pretvarača pravolinijskog kretanja energije vetra u obrtnu energuju, a sa tim povezano postojanje i drugih ograničenja, što se mojim pronalaskom rešava na nov način. Ovo novo rešenje ogleda se u uvodjenju pokretnog postolja sa obostranim vešanjem rotora. Ovakvim novim načinom vešanja rotora, otvorile su se i neke nove mogućnosti popravljanja efikasnosti rada celine uredjaja, o čemu će biti naknadno podrobnijeg obrazloženja.

Opis slika nacrta

Slika 1. predstavlja slikovit prikaz izgleda (dela) pretvarača pravolinijskog kretanja vazduha, u obrtno kretanje.

S obzirom da je u pitanju objašnjenje samog principa rada, prikazana je samo jedna četvrtina rotora kao dovoljna za to objašnjenje. Rotor ovog pretvarača (radi razumevanja njegovog funkcionisanja) je uporediv sa rotorom neke od postojećih i preovladujućih troelisnih vetrenjača, stim što se na mestu elisa nalaze krila rotora, koja (umesto 5 do 6% kod postojećih vetrenjača, od veličine površine rotora na koju se odnose) rotirana za 45 stepeni, pokrivaju i do 70 % zamišljene površine rotora, kao površine udarne snage vetra.

Slika predstavlja rotor pretvarača postavljen u vertikalan položaj sa grafičkim prikazom radijalne i kružne podele, koja u krajnjem pokazuje zamišljenu površinu rotora, koju pokriva samo jedno krilo. U tim poljima daje se i slikovit prikaz krila koja se odnose na tu zamišljenu površinu rotora. Naravno da oblik i površina krila, u praktičnoj realizaciji, ne mora da odgovara toj zamišljenoj površinii rotora, ali sama površina krila može da bude približna toj površini.

Najbolja predstava o položaju krila u rotoru se dobija, kada se posmatra njihov niz u rotoru u vodoravnom položaju, kako su i predstavljeni u prvoj slici. Posmatrana u vodoravnom položaju, krila se nalaze jedno iznad drugog, rotirana za 45 stepeni u odnosu na pravolinijsko kretanje vazduha, u zrakastom položaju, kako to pokazuju i linije radijalne podele rotora.

Iz prikazanog primera se vidi da je rotor pretvarača podeljen na pet krugova u kojima su rasporedjena krila rotora. U prvom krugu, najbližem centru, previdjeno je 8 krila, s tim što je na slici prikazano samo jedno krilo, koje je označeno brojem 1, u drugom krugu previdjeno je 16 krila od kojih su prikazana samo dva krila, koja su označena brojevima 2/1 i 2/2, u trećem krugu previdjena su 32 krila, od kojih su samo dva označena brojevima i to 3/1 i 3/2, i u 4. i 5. krugu po 64 krila, od kojih su samo po dva označena odgovarajućim brojevima.

Na prvoj slici nije dat celovit čeoni izgled rotora sa, kako sam ih nazvao, zglobnim i medjuzglobnim spojnicama, radi preglednosti. Zbog toga se daje poseban prikaz ovih elemenata rotora i to na slici drugoj i trećoj, koje, verujem, zbog jednostavnosti celine uredjaja, neće biti teško zamisliti u celini sistema i njegovom funkcionisanju.

Slika 2. prikazuje, kako sam je nazvao, zglobnu spojnicu. Prikazano je povezivanje jednog krila iz predhodnog kruga sa dva krila narednog kruga. Ova spojnica treba da obezbedi kako razmak tako i rotirani položaj krila koja povezuje. Ovaj položaj obezbedjuje se odgovarajućim mestima na zglobnoj spojnici, kojima je odredjen razmak i položaj krila. Rimski brojem I označeno je dolazeće krilo dok su rimskim brojevima II i III označena odlazeća krila.

Arapskim brojevima 1 i 2 označeni su zavrtnji koji povezuju odlazeće krilo II, brojevima 3 i 4 zavrtnji koji povezuju dolazeće krilo označeno rimskim brojem I i zavrtnji 5 i б koji povezuju odlazeće krilo označeno rimskim brojem III.

Logično je zaključiti da širina dolazećeg krila, na kraju samog krila, odgovara zbiru širina na početku odlazećih krila, što je stvar same geometrije njihovog rasporedjivanja na zamišljenoj površini rotora.

Samim mestom na kome se nalazi i funkcijom koju ima u sistemu, oblik zglobne spojnice je predodredjen kao aerodinamičan. Ddovoljno je u praktičnoj realizaciji samo održati i podržati taj njen aerodinamičan oblik.

Slika 3. prikazuje medjuzglobnu spojnicu koju predstavlja jedna (radi aerodinamičnosti) spoštena osovina, sa odgovarajućim prorezima i otvorima za njeno povezivanje sa krajevima zglobnih spojnica preko otvora 7, 8, 9 i 10, označenih na zglobnoj spojnici, sa ciljem da se ceo sistem poveže u jednu celinu. Slika 4. prikazuje pokretno postolje, na kome je na slikovit način prikazan i rotor sa isturenim prstenovima za vezivanje stabilizacionih žica. Brojem 1 označena je pokretna ili bolje reći okretna stopa postolja, brojem 2 i 3 nosači na izlaznoj strani a brojem 4 nosač na ulaznoj strani vazduha, odnosno vetra, brojem 5 označena je noseća obrtna osovina rotora, brojevima 6 i 7 stabilizacione žice i konačno brojevima 8 i 9 istureni prstenovi za vezivanje stabilizacionih žica.

Slika 5. prikazuje tunel ili kanal, koji obavija rotor vetrenječe. Brojem 1 označena je obrtna osovina, brojem 2 stopa pokretnog postolja, brojem 3 nosači rotora na izlaznom delu a brojem 4 nosač na ulaznom delu vetra. Brojem 5 označen je rotor sa stabilizacionim žicama, brojem 6 kupasti poklopac, brojem 7 obod samog kanala a brojem 8 njegov prošireni deo.

Detaljan opis pronalaska

Iz prethodnog opisa mogli smo da vidimo da se ovaj pronalazak pod nazivom „Krilata vetrenjača" po svom spoljnjem izgledu uveliko razlikuje od postoječih rešenja i to u prvom redu po spoljnjem izgledu rotora, odnosno pretvarača pravolinijskog kretanja vazduha u obrtno kretanje a zatim i po tehničkom rešenju njegovog obostranog vešanja na pokretnom odnosno okretnom postolju. Medjutim, promena ovog spoljnjeg izgleda predstavlja istovremeno i suštinsku razliku u odnosu na postojeća rešenja. Ta razlika ogleda se u njegovoj daleko većoj efikasnosti, odnosno u daleko većoj količini proizvedene energije uz nepromenjena ili srazmerno znatno manja ulaganja. Suštinska promena, u odnosu na postojeća rešenja, ogleda se u znatno većoj površini udarne snage vetra koju preuzima pretvarač te pravolinijske energije, u odnosu na postojeća rešenja.

Pretvarač je sistem medjusobno povezanih krila, koja predstavljaju zamišljenu površinu rotora, podeljenu na odgovarajući broj krila, rotiranih za 45 stepeni u odnosu na pravac kretanja vazduha. Primer takve podele prikazan je na slici 1. slika crteža. U primeru se polazi od jednog prstena na zajedničkoj osovini, čiji poluprečnik iznosi 1,5 m, a zatrim od prvog kruga, od osam krila, čija je dužina takodje 1,5m. Pod napred navedenom prepostavkom, da ova krila pokrivaju zamišljnu površinu rotora, dolazimo do zaključka, da ovih osam krila pokrivaju površinu od 21,20 m2 ili 2,65 m2 po jednom krilu odgovarajućeg oblika. Svako od ovih krila račva se u po dva krila u narednom krugu, tako da u narednom drugom krugu imamo 16 krila, dužine od po 3 m, koja pokrivaju zamišljenu površinu rotora od 84,78 m2 ili 5,30 m2 po jednom krilu odgovarajućeg oblika. Sledstveno prednjem, u trećem krugu imamo 32 krila, takodje dužine od po 3 m, koja pokrivaju zamišljenu površinu rotora od 141,30 m2 ili 4,42 m2 po krilu odgovarajućeg oblika. U četvrtom krugu dobijamo po istom principu 64 krila, koja pokrivaju zamišljenu površinu rotora od 197,82 m2 ili 3,09 m2 po jednom krilu odgovarajućeg oblika i konačno u petom krugu, takodje 64 krila, pošto se ne vrši račvanje, zbog manje promene u zamišljenoj površini rotora i istog broja krila, koja ovu pokrivaju, a čija površina iznosi 254,34 m2 ili 3,97 m2 po jednom krilu odgovarajućeg oblika.

Na prednji način došli smo do ukupne površine krila rotora u svih pet krugova od 699,44 m2, koliko iznosi i zamišljena površina rotora (bez površine prstena na osovini) koju smo podelili na ukupno 184 krila rotora, različitog oblika i različite površine po krugovima. Rotirana za 45 stepeni, prema pravcu kretanja vetra, ova krila pokrivaju oko 70% zamišljene površine rotora, što je daleko više od površine koju pokrivaju tri ili četiri elise kod vetrenjača.

Navedeni primer pokrivanja površine rotora krilima, je samo primer i nije ni u kom slučaju obavezujući, naprotiv u praktičnoj realizaciji podrazumeva se manji, ali ne i znatno manji procenat te pokrivenosti.

Sva krila se medjusobno povezuju zglobnim spojnicama sl. 2. i medjuzglobnim spojnicama sl.3., tako da čine jednu jedinstvenu celinu. Pored ovoga krajevi krila pri središnjem delu posebno se stabilizuju odgovarajućim žicama, poput onih kod visećih mostova i vezuju za uvećane i isturene prstenove, ispred predmetnih krila, na osovini rotora. Tako imamo osam žica koje povezuju osam krila u prvom krugu rotora, šesnaest žica koje povezuju šesnaest krila u drugom krugu rotora, trideset dve žice koje povezuju trideset dva krila u trećem krugu rotora, šezdeset četri žice koji povezuju šezdeset četri krila u četvrtom krugu rotora, koliko ima i u petom krugu, što ukupno čini 184 žice, koliko ima i krila u prikazanom primeru rotora na sl.1.

Neophodno je postavljanje stabilizacionih žica i na izlaznoj stani rotora zbog kovitlanja vetra.

Takodje smatram za neophodno da napomenem, da noseći elementi krila u prvom krugu treba da budu posebno ojačani, budući da oni u krajnjem preuzimaju celokupnu snagu rotora i prenose je na obrtnu osovinu.

Zglobna spojnica (sl.2.) povezuje jedno krilo iz predhodnog kruga sa dva krila u narednom krugu, obezbedjujući ujedno i ugao nagiba krila prema kretanju vetra. Svi elementi zglobne spojnice su aerodinamični što bi trebalo da se i podrazumeva. Rimskim brojem I označeno je krilo iz prethodnog kruga a rimskim brojevima II i III krila u narednom krugu. Arapskim brojevima od 1 do 6 označena su mesta spajanja krila sa zglobnom spojnicom. Na kraju četvrtog i petog kruga izvršilo bi se i odgovarajuće prilagodjavanje zglobnih spojnica, kao što je to prilagodjavanje neophodno po krugovima.

Medjuzglobnu spojnicu (sl.3) čini jedna aerodinamična odnosno sploštena osovina sa odgovarajućim prorezima na krajevima osovine, preko kojih se vrši povezivanje zglobnih spojnica tako da, rotor pretvarača energije pravolinijskog kretanja vazduha, u obrtnu energiju, čini jedinstvenu celinu.

Slika 4. prikazuje pokretno postolje koje pruža mogućnost obostranog vešanja rotora, čime se postiže njegova znatno veća stabilnost u odnosu na postojeća rešenja.

Sl.5. prikazuje tunel koji obuhvata rotor, usmeravajući na taj načim kretanje vetra prema rotoru, a zatim svojim zvonastim proširenjem na ulaznom delu, zahvatanje većih količina vazduha, što predstavlja dodatne mogućnosti pa prema tome i prednost u osnosu na postojeća rešenja. Instaliranje ovakvih tunela najviše odgovara vetrenjačama manjih razmera.

Pored ovoga, dodatne mogućnosti postoje i u postavljanju kupastog poklopca na središnjem delu navedenog kanala, kojim se vazduh, odnosno vetar, usmerava prema perifernim delovima rotora, što takodje daje povećane rezultate. Ovaj kupasti poklopac povezuje se sa spoljnim kanalom, pa se na taj način i pokreće istovremeno sa tim kanalom, orjentišući se prema pravcu vetra, dok se rotor nezavisno od ovog poklopca okreće u smeru u kome mu to diktira pravac kretanja vetra.

Način primene pronalaska

Jedini ili skoro jedini i isključivi način industrijske ili bilo koje druge primene krilate vetrenjače je da uz pomoć elektrogeneratora omogući proizvodnju električne energije odgovarajuće snage, radi zadovoljavanja kako industrijskih tako i ostlih potreba njene potrošnje.

Claims (1)

1. PATENTNI ZAHTEV

   U ovom zahtevu za priznavanje patenta opisan je uredjaj, kojim se energija pravolinijskog kretanja vetra pretvara u obrtnu energiju a zatim pomoću elektrogeneratora u električnu energiju pod nazivom „Krilata vetrenjača". Molim da mi se pronalazak navedenog uredjaja prizna kao patent pod napred navedenim nazivom.