!HU000224256B1! (19)
HU
(11) Lajstromszám:
224 256
MAGYAR KÖZTÁRSASÁG Magyar Szabadalmi Hivatal
SZABADALMI LEÍRÁS (21) A bejelentés ügyszáma: P 01 03756 (22) A bejelentés napja: 2001. 09. 20.
(51) Int. Cl.7:
F 03 D 11/02
(40) A közzététel napja: 2003. 04. 28. (45) A megadás meghirdetésének dátuma a Szabadalmi Közlöny és Védjegyértesítõben: 2005. 07. 28.
(72) (73) Feltaláló és szabadalmas: dr. Mucsy Endre, Budapest (HU) (54)
Szélgép pneumatikus erõátvitellel
HU 224 256 B1
(57) Kivonat A pneumatikus erõátvitellel mûködõ találmány szerinti szélgépnek egy oszlop (10) felsõ végén függõleges tengely körül elforgathatóan ágyazott fejet (11) és a fejben (11) lényegében vízszintes tengely körül elforgathatóan ágyazott csavart lapátokat (16) tartalmazó szélkereke (12) van. Az oszlopban (10), a fejben (11) és a lapátokban (16) a szélkerék (12) kerülete közelében legalább egy levegõkiléptetõ nyílásban végzõdõ folytonos levegõvezetõ járat (21) van kiképezve. A levegõvezetõ járatban (21), annak legalább egy levegõbeléptetõ nyílása (22) után az áramló levegõ áramlási energiáját mechanikai energiává átalakító legalább egy erõgép (23), elõnyösen légturbina, dugattyús vagy membrános légmotor van elrendezve, amelyhez a mechanikai energiát hasznosító legalább egy munkagép (24), különösen malom, szivattyú vagy generátor van csatlakoztatva. A lapátok (16) külsõ, kerületi végén elválasztóidomok (15) vannak, ezen idomokhoz légszivattyúidomok (13), majd ezekhez záróidomok (14) csatlakoznak, és a levegõelvezetõ járat (21) levegõkiléptetõ nyílásai a légszivattyúidomok (13) domború, depressziós felületén helyezkednek el.
1. ábra
A leírás terjedelme 10 oldal (ezen belül 3 lap ábra)
(13)
B1
1
HU 224 256 B1
A találmány tárgya szélgép pneumatikus erõátvitellel, amelynek egy oszlop felsõ végén függõleges tengely körül elforgathatóan ágyazott fejet és a fejben lényegében vízszintes tengely körül elforgathatóan ágyazott, legalább egy csavart lapátot tartalmazó szélkereke van, amelyben a lapát(ok) szelvényének a szélkerék forgássíkjával bezárt szöge a kerület felé csökken. Az oszlopban, a fejben és a lapát(ok)ban a szélkerék kerülete közelében legalább egy levegõkiléptetõ nyílásban végzõdõ folytonos levegõvezetõ járat van kiképezve. A levegõvezetõ járatban, elõnyösen annak az oszlopban lévõ szakaszában vagy egy, a járathoz csatlakozó további légcsatornában a járatban áramló levegõ áramlási irányában nézve a járat legalább egy levegõbeléptetõ nyílása után az áramló levegõ áramlási energiáját mechanikai energiává átalakító legalább egy erõgép, elõnyösen légturbina, dugattyús vagy membrános légmotor van elrendezve, amelyhez a mechanikai energiát hasznosító legalább egy munkagép, különösen malom, szivattyú vagy generátor van csatlakoztatva. Amikor a szél a kereket forgatja, a kerület közelében kialakított levegõkiléptetõ nyílásoknál depresszió, szívóhatás, gyenge vákuum keletkezik. Ez a hatás szívja ki a levegõt a levegõvezetõ járatból. Az alábbiakban több szerkezetet mutatunk be a depresszió fokozására, ezek többségére jellemzõ, hogy a levegõkiléptetõ nyílások a légszivattyúidomok domború depressziós felületein vannak. Végül egy olyan szerkezetet is bemutatunk, ahol a szívóhatást a levegõkiléptetõ nyílást körülvevõ Venturi-csõszakasz növeli. Az ilyen szélgépek tehát abban különböznek a hagyományos és elterjedten alkalmazott szélgépektõl, hogy a szélkerék és a munkagép, különösen generátor között nincs mechanikus erõátviteli kapcsolat, hanem a szerkezetben áramló levegõ közvetíti az energiát. A CH 282829 számú svájci szabadalmi leírásban ismertetett ilyen szélgép szélkerekének üreges lapátja a sugárra merõleges síkkal elmetszett nyílásban végzõdik. A szabadalmi leírás szerint a centrifugális erõ löki ki a levegõt a lapátból, és így jön létre a turbinát mûködtetõ légáramlás. Jóllehet a radiális átömlésû szivattyúk mûködtetésében valóban jelentõs szerepe van a centrifugális erõnek, de a szélgépek esetében a szivattyúzott közeg levegõ, amelynek csekély sûrûsége és az itt fellépõ kis szögsebesség miatt a centrifugális erõ olyan kicsi, hogy a csupán ennek révén keltett gépen belüli légáramlás energiaátvitelére gyakorlatilag nem alkalmas. Az Engineering 1955. március 25-én megjelent számában közölt cikkbõl ismert egy 100 kilowatt teljesítményû kísérleti szélgép, amelynek lapátjai a relatív haladási iránynak háttal fordított pipa alakú nyílásban végzõdnek, hasonlóan a kémények tetején korábban gyakran alkalmazott huzatnövelõ szélkakashoz. A szélgépet és a kísérleti eredményeket ismertetõ cikkben ugyancsak a centrifugális erõnek tulajdonítják a gép mûködése során annak belsõ levegõvezetõ járatában keletkezõ belsõ légáramlást. A cikkben bemutatott szerkezet a fentebb hivatkozott svájci szabadalom szerinti megoldáshoz képest növeli ugyan a szívást, de
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60 2
2
nem elég hatékonyan. A nagyméretû kísérleti szélgép szerkesztõi úgy ellensúlyozták a gyenge szívóhatást, hogy növelték a szélkerék l gyorsjárási tényezõjét, vagyis az egy adott szélsebességhez tartozó kerületi sebességet. Ettõl azonban romlott a teljesítménytényezõ, amely a termelt energia és a szélben levõ összes energia hányadosa. Más szerkezetû, hagyományos szélgépekkel szerzett tapasztalatokból ismert, hogy a legkisebb veszteséget, tehát a legnagyobb teljesítménytényezõt l=3…5 közötti gyorsjárási tényezõjû három-négy lapátos szélkerékkel lehet elérni. Ezzel szemben a megvalósított kísérleti szélgép szélkereke kétlapátos volt, és l=9,5 gyorsjárási tényezõ mellett 14%-os teljesítménytényezõvel mûködött akkor, amikor 48 km/óra szélsebességnél a tervezett névleges teljesítményt elérte. A találmány célja a pneumatikus erõátvitellel mûködõ ismert szélgépek említett hiányosságainak kiküszöbölése, üzemi jellemzõinek javítása, különösen azok alacsony teljesítménytényezõjének növelése. Felismerésünk szerint a kitûzött cél több különbözõ intézkedéssel és ezek kombinált, összehangolt együttes alkalmazásával érhetõ el. A kitûzött célt az egyik találmány szerinti megoldás szerint a bevezetõ bekezdésben felsorolt ismert jegyekkel rendelkezõ olyan szélgép kialakításával és alkalmazásával érjük el, amelyben a lapátok külsõ, kerületi végén elválasztóidomok vannak, ezen idomokhoz légszivattyúidomok, majd ezekhez záróidomok csatlakoznak, és a levegõvezetõ járat levegõkiléptetõ nyílásai a légszivattyúidom domború, depressziós felületein helyezkednek el. A szélkeréklapát végein elrendezett, a fenti találmány szerinti szerkezeti jellemzõkkel rendelkezõ légszivattyúidomok célja, hogy minden szélsebességnél a lehetõ legnagyobb mértékû légáramlást hozzák létre a szélgép belsõ, levegõvezetõ járatában. A találmány szerinti szélgép legfeljebb hat lapátot tartalmazó szélkerekes kiviteli alakjai esetében a szélkerék lapátjához csatlakozó minden légszivattyúidom elõnyösen a lapátvégeken elrendezett egyedi elválasztóidom és záróidom között van. A légszivattyúidom alakja és szögállása hasonló a szélkeréklapát kerületi szakaszához, azzal azonos, vagy annál nagyobb keresztmetszetû lapátszakasz. Elõnyös lehet, hogy a légszivattyúidomok, a szélkerékkel egytengelyû, a szélirányba mozgató axiálventilátor lapátszakaszai, ahol a ventilátorlapátok forgássíkkal bezárt szöge hasonló a szélkeréklapátok szögéhez a sugár fele és negyede közötti szakaszon, és a két lapát profilja lényegében egymás tükörképe. Mindkét elõzõ esetben elõnyös lehet, ha az elválasztóidomok és záróidomok között, a légszivattyúidomok mellett egy-egy légterelõ idom is van. Ugyancsak elõnyös lehet, ha a levegõkiléptetõ nyílások a szélkeréklapátok végén elhelyezett Venturi-csõszakasz belsõ felületének depressziós szakaszán vannak. A csõszakasz a légszivattyúidom, de a lapáthoz közeli része az elválasztóidom, a távoli része a záróidom szerepét is betölti.
1
HU 224 256 B1
A találmány szerinti egyik további szélgép legalább három lapátot tartalmazó szélkerékkel rendelkezik, ahol a lapátvégekhez üreges, gyûrû alakú, közös elválasztóidom csatlakozik, az elválasztó idomhoz csatlakoznak a légszivattyúidomok, melyek a szélkeréknél nagyobb lapátszámú axiálventilátor lapátjai, és ezek végéhez csatlakozik a gyûrû alakú, közös záróidom. A levegõkiléptetõ nyílások az axiálventilátor üreges lapátjainak domború, depressziós felületein vannak. Az elõzõektõl különbözõ elõnyös megoldás lehet, ha legfeljebb hat lapátot tartalmazó szélkerék valamennyi lapátvégének közelében egy-egy menetiránynak háttal álló levegõkiléptetõ nyílás van, és a nyílásokat térközzel követõ belsõ körvonalú Venturi-csõszakasz veszi körül. A légszivattyúidom és azt határoló, körülvevõ idomok méreteit úgy kell megválasztani, hogy a szélkereket fékezõ terhelés a kerületi sebességet mindig a legnagyobb teljesítménytényezõt eredményezõ l gyorsjárási tényezõ közelében tartsa. A szélkerék optimális terhelése ezzel még nem oldódik meg teljesen, de a feladatmegoldás további része a szélkeréklapátok végérõl részben átkerül a belsõ áramlás terhelésének optimalizálására, amelynek igen lényeges kérdése a szélkerék újszerû méretezése. A szélkerék külsõ felületén akkor keletkezne a legkevesebb veszteség, ha a lapátok vastagság nélküli felületek lennének. A hagyományos, ismert szélkerekek külsõ végéhez közeledve a keresztmetszet csökken, a központ felé haladva pedig növekszik. Ez azért van így, mert a lapát forgatja a tengelyt, és a lapátot terhelõ hajlítónyomaték a tengelyhez közeledve növekszik. A pneumatikus erõátvitelû szélgépben ezzel szemben a szélkerék ellenállás nélkül, szabadon forog, a lapátok elsõsorban nem a tengelyt, hanem a lapátok végén levõ légszivattyúidomokat mozgatják. Ebbõl a szempontból a lapát külsõ végének kellene vastagabbnak lenni. A pneumatikus erõátvitelû szélgépekben azonban a lapát nemcsak a szélkerék legfontosabb része, hanem egyben a belsõ levegõvezetõ járat, illetve járatrendszer legkritikusabb szakasza is. Az áramlási ellenállás alacsony értéken tartásához a minél nagyobb belsõ keresztmetszetû lapát lenne alkalmasabb. A lapát keresztmetszetének növelése azonban a lapát külsõ felületén keletkezõ veszteséget növeli, míg a keresztmetszet csökkentése a belül áramló levegõ ellenállását növeli. A két ellentétes követelmény együttes optimumát kell megtalálni. A lapátok végén elhelyezett légszivattyúidom növeli a szívóhatást, ezzel lehetõvé teszi a l gyorsjárási tényezõ csökkentését. Ettõl csökken a veszteség a külsõ felületen, növelhetõ a lapátszám és a lapátok együttes keresztmetszete, amitõl a belsõ veszteség is csökken. Az optimumra méretezett légszivattyúidomokkal ellátott szélkerekek alkalmazásával tehát a korábbinál jobb hatásfokú találmány szerinti szélgépek készítése válik lehetõvé. A találmány szerinti szélgépekben alkalmazott záró- és elválasztóidomok feladata, hogy megakadályozzák a levegõ áramlását a lapátok és a légszivattyúidomok felületén kialakult különbözõ nyomású részek kö-
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60 3
2
zött. Az elõzõ bekezdésben foglaltakból következik, hogy a hagyományossal ellentétben a találmány szerinti szélgép szélkeréklapátjai még a végükön is jelentõs keresztmetszetûek. Ilyen körülmények esetében, a szívott és nyomott oldal között a lapátvég megkerülésével olyan áramlás keletkezhet, amely jelentõs veszteséget okozó örvénysort hoz létre. Ez a veszteség az elválasztóidom és a záróidom elhelyezésével csökkenthetõ. A szélkeréklapátok csak az elválasztóidomig tartanak, a légszivattyúidom, ahol a levegõkiléptetõ nyílások vannak, nem vesz részt a kerék forgatásában, hanem a kerék forgását fékezi. A szivattyúzófelületeken a légnyomás különbözik a kereket forgató lapátrészeken kialakult nyomástól, ezért kell a két felület között elválasztóidomot elhelyezni. A találmány alapjául szolgáló további felismerés, hogy a teljesítménytényezõ növelése érdekében igen lényeges a légszivattyúidomról távozó levegõ irányítása. A forgó szélkerék lapátjai körül nyomáskülönbség alakul ki. A széliránnyal szemben álló felületeken túlnyomás, a háttal álló, domborúbb felületeken szívás, azaz depresszió keletkezik. A nyomáskülönbségbõl származó erõknek a szélkerék tengelyével párhuzamos eredõje a csapágyakat és az oszlopot terheli, az érintõirányú eredõ a kereket forgatja. A szélkerékrõl távozó levegõ tengelyirányú sebessége kisebb az odaérkezõ levegõ sebességénél, és a távozó légáram a kerékkel ellentétes irányba forog. E kétféle mozgás révén a távozó levegõnek jelentõs mozgási energiája van, ezért nem lehet a szélkerékkel az oda érkezõ szél teljes energiatartalmát kinyerni. Az energianyereség legfeljebb az érkezõ és a távozó szél energiatartalmának különbsége lehet. A hagyományos szélgépekbõl az energia a szélkeréktengelyen távozik, majd a generátorban villamos energiává alakul. A termelt villamos energia és a szélenergia százalékban kifejezett hányadosa a szélgép teljesítménytényezõje. A hagyományos szerkezetû korszerû szélgépek teljesítménytényezõje legfeljebb 30–40%, de az ilyen szélgépek a 3–5 m/s sebességû szél szerény energiatartalmát nem tudják hasznosítani. Ez azért jelentõs hátrány, mert a kontinentális éghajlatú vidékeken gyakran fúj ilyen gyenge vagy közepes sebességû szél, így a hagyományos szélgépekkel az összes szélenergia jelentõs része nem hasznosítható. Egy további, igen hatékony célszerûségi intézkedéscsoport jellemzõi szerint a találmány szerinti szélgép elõnyös kiviteli alakjait képezik az olyan szerkezeti megoldások, amelyekben a légszivattyúidomok egy, a szélkerékkel azonos lapátszámú axiálventilátor lapátjaiként vannak kialakítva, amelyeknek a szélkerék forgássíkjával bezárt lapátszöge lényegében azonos a szélkeréknek az elválasztóidomtól sugárirányban befelé esõ középtartományában a szélkeréklapátoknak a lapátsugár fele és negyede közötti lapátszakaszokban mért lapátszögével, az axiálventilátor-lapátok szelvényalakja pedig legalább közelítõleg tükörképe a szélkeréknek az elválasztóidomtól sugárirányban befelé esõ középtartományában lévõ szélkeréklapátok szelvényalakjának. Ilyen légszivattyúidomok alkalmazása
1
HU 224 256 B1
eredményeként a kiszivattyúzott levegõ és a depressziót létrehozó külsõ légáramlat az eredeti szél irányával azonos irányba, de annál nagyobb sebességgel hagyja el a szélkerék peremét. A gyors légáramlat a szélkeréken lelassult levegõvel keveredik, azt magával ragadja. A veszteség tehát visszakerül a légáramlatba, így több energia fordítható a belsõ áramlás létrehozására. Az axiálventilátorról távozó levegõ a kerékkel azonos irányba forog, és a szélkerékrõl távozó levegõ ellentétes irányú, energiaemésztõ forgását lassítja. Az ilyen szerkezeti kialakításhoz a már említett, megfelelõ szögállású légterelõ idomok és Venturi-csõszakaszok ugyancsak elõnyösen társíthatók. Az axiálventilátorhoz hasonló kialakítású légszivattyúidomok alkalmazásának további két elõnyös hatása is van. Ezek egyike az, hogy az elõre mozgatott levegõ a széllel szembe ható erõt fejt ki a ventilátorlapátra. Ez az erõ ellentétes irányú a szélkeréklapátra ható szélirányú erõvel, így a csapágyak és az oszlop terhelését csökkenti. A másik elõnyös hatás, hogy axiálventilátor-lapátok és a többi hasonló szerkezet sokkal nagyobb szöget zárnak be a forgás síkjával, mint a szélkeréklapát vége, ezért a szélkereket hatékonyan gyorsítja, amikor az áll, vagy csak lassan forog, és a szél erõsödik. Az axiálventilátor jellegû lapátvégi légszivattyúidomok tehát idõlegesen úgy mûködnek, mint egy kis lambdájú szélkerék. Az olyan találmány szerinti szélgépek csoportján belül, amelyekben a légszivattyúidomok axiálventilátor-lapátokként vannak kialakítva, elõnyös kiviteli alakokat képeznek az olyan szerkezeti megoldások is, amelyekben a szélkerék forgástengelyével egytengelyû folytonos csõszakaszokként kialakított közös záróidom és elválasztóidom között a szélkerék lapátszámánál nagyobb számú axiálventilátor-lapát van elrendezve. Megemlítjük végül, hogy a kitûzött célt, nevezetesen a pneumatikus erõátvitellel mûködõ ismert szélgépek üzemi jellemzõinek javítását, különösen azok alacsony teljesítménytényezõjének növelését elérhetjük egy másik találmány szerinti megoldás alkalmazásával is, amely szerint a bevezetõ bekezdésben felsorolt ismert jegyekkel rendelkezõ szélgépben a lapátok végén kialakított legalább egy, a menetiránynak háttal álló levegõkiléptetõ nyílást egy annak kontúrját térközzel követõ belsõ körvonalú Venturi-csõszakasz veszi körül. A találmány szerinti szélgépet az alábbiakban annak csupán egyes elõnyös példaképpeni kiviteli alakjai és szerkezeti részletei bemutatásával a csatolt rajz ábráira hivatkozással ismertetjük részletesebben. A rajzon az 1. ábra a találmány szerinti szélgép egy elsõ példaképpeni kiviteli alakjának elvi felépítését bemutató vonalas vázlat, a 2. ábra az 1. ábra szerinti szélgép egy, az adott esetben négylapátos szélkerekét homloknézetben feltüntetõ vázlat, a 3. ábra a szélkerék egy lapátjának kiemelt oldalnézeti vázlata, amelyen feltüntettünk egy, a lapát végén kialakított elválasztóidomot, légszivattyúidomot és záróidomot, vala-
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60 4
2
mint a forgástengelytõl mért különbözõ távolságokban a rajz síkjába beforgatva érzékeltetjük a csavart lapát sugárirányban csökkenõ lapátszögû kereszmetszeti szelvényeit, a 4. ábra a találmány szerinti szélgép egy másik elõnyös példaképpeni kiviteli alakjának elvi felépítési vázlata, az 5. ábra a 4. ábra szerinti kiviteli alak szélirányból vett homloknézete, a 6. ábra az 5. ábra kiemelt részlete a légszivattyúidomokon áthaladó hengerrel elmetszve és síkba terítve (7. igénypont), a 7., 8. és a 10. ábra a 3. ábra H–H metszetének egy-egy változata. A 7. ábra a 3. igénypont szerinti, a 8. ábra az 5. igénypont szerinti, a 10. ábra a 4. igénypont szerinti kiviteli alak, a 9. ábra kiviteli alak, ahol a lapát végén Venturi-csõszakasz van a forgás tengelyére merõleges síkkal elmetszve (6. igénypont), a 11. ábra elõnyös kiviteli alakot ábrázol a lapátvég haladási irányába készített nézeti vázlaton, a 12. ábra a forgástengelyre merõleges A–A metszet, a 13. ábra a sugárra merõleges B–B metszet (8. igénypont). Az 1. ábrán elvi vázlatban feltüntetett találmány szerinti szélgépnek egy 10 oszlop felsõ végén függõleges tengely körül elforgathatóan ágyazott 11 feje és a 11 fejben vízszintes tengely körül forgathatóan ágyazott 12 szélkereke van. A 2. ábrán látható, hogy az adott példaképpeni kiviteli alak esetében a 12 szélkerék négy darab 16 lapátot tartalmaz, amelyek önmagukban ismert kialakítású, úgynevezett csavart lapátok. Ez jól érzékelhetõ a 3. ábrából, amelyen a 12 szélkerék forgástengelyétõl mért különbözõ távolságokban a rajz síkjába beforgatva feltüntettük egy 16 lapát sugárirányban csökkenõ lapátszögû keresztmetszeti 17 szelvényeit is. A 11 fej és a 12 szélkerék csapágyazásai a 21 levegõvezetõ járat belsõ terét a környezettel szemben záró, a környezetbõl a 21 levegõvezetõ járatba környezeti levegõ beáramlását gátló tömítésekkel vannak ellátva. A 10 oszlopban, a 11 fejben és a 16 lapátokban így a 12 szélkerék kerülete közelében a késõbbiekben még részletesen bemutatásra kerülõ, például a 3. és a 6. ábrán is látható 18 levegõkiléptetõ nyílásokban végzõdõ folytonos 21 levegõvezetõ járat van kiképezve. A 16 lapátok végén 15 elválasztó idomok vannak, ezen idomokhoz 13 légszivattyúidomok, majd ezekhez 14 záróidomok csatlakoznak. A 21 levegõvezetõ járat 10 oszlopban lévõ szakaszába az abban áramló levegõ áramlási irányában nézve 22 levegõbeléptetõ nyílásai után a 21 levegõvezetõ járatban áramló levegõ áramlási energiáját mechanikai energiává átalakító 23 erõgépként egy légturbina van beépítve, amelyhez a mechanikai energiát hasznosító 24 munkagépként egy generátor van csatlakoztatva.
1
HU 224 256 B1
A találmány szerinti szélgépnek a rajz 3., 6., 7., 8. és 10. ábrán különösen jól érzékelhetõ egyik meghatározó szerkezeti jellemzõje szerint a 21 levegõvezetõ járat 18 levegõkiléptetõ nyílásai a 13 légszivattyúidomok domború, depressziós felületén vannak kialakítva. Amennyiben a 12 szélkerék legfeljebb hat darab 16 lapátot tartalmaz, így például a találmány szerinti szélgépnek a csatolt rajz 1. és 2. ábráján látható, négy darab 16 lapátot tartalmazó kiviteli alakjai esetében, az egyes 16 lapátok végein kiképzett 13 légszivattyúidomok rendre egy-egy diszkrét 14 záróidommal és 15 elválasztóidommal vannak határolva. Legalább három vagy ennél több 16 lapátot tartalmazó 12 szélkerekes találmány szerinti szélgépek kialakíthatók ugyanakkor a rajz 4. és 5. ábráin feltüntetett módon úgy is, hogy a közös 14 záróidom és a 15 elválasztóidom a 12 szélkerék forgástengelyével egytengelyû, a 16 lapátokat összekötõ folytonos gyûrûkként vannak kiképezve. Mindkét fentebb említett kiviteli alak esetében fokozott szivattyúzóhatás érhetõ el azáltal, ha a 13 légszivattyúidomok a 15 elválasztóidomoktól sugárirányban befelé esõ lapátszakaszok keresztmetszeti 17 szelvényével legalább közelítõleg azonos alakú és állású, de annál nagyobb keresztmetszetû, különösen nagyobb vastagságú 17 szelvénnyel vannak kialakítva, amint az a 7. ábrán látható. Ezzel kombináltan vagy akár csupán önállóan alkalmazható szivattyúzási hatásfoknövelõ intézkedés szerint, amelyet a rajz 8. ábrája érzékeltet, a 13 légszivattyúegységek depressziós oldali 18 levegõkiléptetõ nyílásaihoz legalább egy 19 légterelõ idomot is társíthatunk. A szívóhatás ugyancsak növelhetõ a 9. ábrán látható szerkezeti kialakítás alkalmazásával is, amely szerint a 12 szélkerék 16 lapátjainak külsõ végén rendre egy a 13 légszivattyúidomot képezõ 20 Venturi-csõszakasz van elrendezve, amelynek tengelye a 12 szélkerék forgássíkjával legalább közelítõleg akkora szöget zár be, mint amekkora 16 lapátok lapátszöge a 12 szélkeréknek a 15 elválasztóidomtól sugárirányban befelé esõ középtartományában a lapátsugár fele és negyede közötti lapátszakaszokban. Korábban már említettük, hogy a szélkerék mozgatására fordított szélenergiának csak egy része hasznosul a levegõnek a szélgép 21 levegõvezetõ járatában való áramoltatására. A szélenergia másik része a lapátvégi 13 légszivattyúidomokat körülvevõ levegõnek adódik át. Az energiának ez a része elkerülhetetlen veszteség, mert ez a külsõ légmozgás kelti a depressziót, amely a belsõ áramlást szüli. A találmány szerint azonban ez a veszteséghányad csökkenthetõ azáltal, ha a csatolt rajz 1., 2., 3. ábráján érzékeltetett szerkezeti megoldással a 13 légszivattyúidomokat egy, a 12 szélkerékkel azonos lapátszámú axiálventilátor lapátjaiként alakítjuk ki. Az ilyen axiálventilátor-lapátoknak a 12 szélkerék forgássíkjával bezárt lapátszöge legalább közelítõleg azonos a 12 szélkeréknek a 15 elválasztóidomtól sugárirányban befelé esõ középtartományában a 12 szélkeréklapátoknak a lapátsugár fele és negyede közötti lapátszakaszokban mért lapátszögével. Az axiálventilátor-lapátok 17’ szelvényének
2
30
alakja pedig legalább közelítõleg tükörképe a 12 szélkerék 15 elválasztóidomtól sugárirányban befelé esõ középtartományában lévõ szélkeréklapátok szelvényalakjának. Ezen intézkedés érvényesítésével elõnyösen kialakíthatók olyan, a csatolt rajz 4., 5. és 6. ábráján bemutatott találmány szerinti szélgépek, amelyekben a 12 szélkerék forgástengelyével egytengelyû folytonos gyûrûkként kialakított 14 záróidom és 15 elválasztóidom között a 12 szélkerék lapátszámánál nagyobb lapátszámú axiálventilátor-lapátként kialakított lapátszakasz, és ezáltal a 12 szélkerék lapátszámánál nagyobb számú 13 légszivattyúegység van elrendezve. A fentiekben ismertetett találmány szerinti szélgép mindegyik kiviteli alakjának közös és meghatározó jellemzõje, hogy a 21 levegõvezetõ járat 18 nyílásai a 13 légszivattyúidomok domború, depressziós felületén vannak kialakítva, a szívott és a nyomott lapátfelületek közötti nyomáskiegyenlítõ légáramlást gátló 14 záróidom és a 14 záróidommal legalább közelítõleg párhuzamos 15 elválasztóidom van elrendezve. Egy alternatív találmány szerinti megoldás, amelynek egy csupán példaképpeni kiviteli alakját a csatolt rajz 11., 12. és 13. ábráin mutatjuk be, a pneumatikus erõátvitellel mûködõ, a relatív haladási iránynak háttal fordított 18 levegõkiléptetõ nyílású lapátos technika állását képezõ szélgépek hatásfoka számottevõen javítható már csupán azzal is, hogy a 18 levegõkiléptetõ nyílás körül egy annak kontúrját térközzel követõ belsõ körvonalú 20 Venturi-csõszakaszt rendezünk el.
35
SZABADALMI IGÉNYPONTOK
5
10
15
20
25
40
45
50
55
60 5
1. Szélgép, amelynek egy oszlop felsõ végén függõleges tengely körül elforgathatóan ágyazott fejet és a fejben lényegében vízszintes tengely körül elforgathatóan ágyazott, legalább egy csavart lapátot tartalmazó szélkereke van, amelyben a lapát(ok) szelvényének forgássíkkal bezárt szöge a kerület felé csökken, az oszlopban, a fejben és a lapát(ok)ban a szélkerék kerülete közelében legalább egy levegõkiléptetõ nyílásban végzõdõ folytonos levegõvezetõ járat van kiképezve, a levegõvezetõ járatban, elõnyösen annak az oszlopban lévõ szakaszában, vagy egy ahhoz csatlakozó további légcsatornában a járatban áramló levegõ áramlási irányában nézve a járat legalább egy levegõbeléptetõ nyílása után a levegõvezetõ járatban áramló levegõ áramlási energiáját mechanikai energiává átalakító legalább egy erõgép, elõnyösen légturbina, dugattyús vagy membrános légmotor van elrendezve, amelyhez a mechanikai energiát hasznosító legalább egy munkagép, különösen malom, szivattyú vagy generátor van csatlakoztatva, azzal jellemezve, hogy a lapát(ok) (16) külsõ, kerületi végén elválasztható idom(ok) (15) van(nak), ezen idom(ok)hoz légszivattyúidom(ok) (13), majd ez(ek)hez záróidom(ok) (14) csatlakoznak, és a levegõvezetõ járat (21) levegõkiléptetõ
1
HU 224 256 B1
nyílásai (18) a légszivattyúidomok (13) domború, depressziós felületén helyezkednek el. 2. Az 1. igénypont szerinti szélgép, azzal jellemezve, hogy legfeljebb hat lapátot tartalmazó szélkereke (12) van, és valamennyi lapát (16) végéhez egy-egy elválasztóidom (15), legalább egy légszivattyúidom (13) és egy-egy záróidom (14) csatlakozik. 3. Az 1. és 2. igénypontok szerinti szélgép, azzal jellemezve, hogy a légszivattyúidom (13) alakja és szögállása hasonló a lapát (16) kerületi szakaszához; azzal azonos, vagy annál nagyobb keresztmetszetû. 4. A 1. és 2. igénypontok szerinti szélgép, azzal jellemezve, hogy a légszivattyúidom(ok) (13) a szélkerékkel egytengelyû, a szélirányban mozgató axiálventilátor lapátjai, ahol ezeknek a lapátoknak a forgássíkkal bezárt szöge lényegében egyenlõ a szélkerék lapátjainak (16) szögével a sugár fele és negyede közötti szakaszon, és a két lapát profilja lényegében egymás tükörképe. 5. A 3. vagy 4. igénypontok bármelyike szerinti szélgép, azzal jellemezve, hogy az elválasztóidom(ok) (15) és a záróidom(ok) (14) között a légszivattyúidom(ok) (13) mellett egy-egy szívást fokozó légterelõ idom (19) is van. 6. Az 1. igénypont szerinti szélgép, azzal jellemezve, hogy legfeljebb hat lapátot tartalmazó szélkereke (12) van, és valamennyi lapát (16) végéhez egy-egy Venturi-csõszakasz (20) csatlakozik, melynek a fala képezi az elválasztóidomot (15) és a záróidomot (14), a belsõ felülete pedig a légszivattyúidomot (13). 7. A 1. igénypont szerinti szélgép, azzal jellemezve, hogy legalább három lapátot tartalmazó szélkereke (12) van, és valamennyi lapát (16) végéhez üreges,
5
10
15
20
25
30
6
2
gyûrû alakú, közös elválasztóidom (15) csatlakozik, az elválasztó idomhoz csatlakoznak a légszivattyúidomok (13), melyek a szélkeréknél nagyobb lapátszámú axiálventilátor lapátjai, és ezek végéhez csatlakozik a gyûrû alakú, közös záróidom (14), a levegõkiléptetõ nyílások (18) az axiálventilátor üreges lapátjainak domború, depressziós felületein vannak. 8. Szélgép, amelynek egy oszlop felsõ végén függõleges tengely körül elforgathatóan ágyazott fejet és a fejben legalább közelítõleg vízszintes tengely körül elforgathatóan ágyazott, legalább egy csavart lapátot tartalmazó szélkereke van, amelyben a legalább egy lapát szelvényének a szélkerék forgássíkjával bezárt szöge a szélkerék forgástengelyétõl a lapátvég irányába haladva csökken, az oszlopban, a fejben és a lapát(ok)ban a szélkerék kerülete közelében legalább egy levegõkiléptetõ nyílásban végzõdõ folytonos levegõvezetõ járat van kiképezve, a járatban, elõnyösen annak az oszlopban lévõ szakaszában vagy egy, a járathoz csatlakozó további légcsatornában a járatban áramló levegõ áramlási irányában nézve a járat legalább egy levegõbeléptetõ nyílása után a járatban áramló levegõ áramlási energiáját mechanikai energiává átalakító legalább egy erõgép, elõnyösen légturbina, dugattyús vagy membrános légmotor van elrendezve, amelyhez a mechanikai energiát hasznosító legalább egy munkagép, különösen malom, szivattyú vagy generátor van csatlakoztatva, és a lapátvégek közelében elhelyezett levegõkiléptetõ nyílások (18) a lapátvégek menetirányához képest háttal állnak, azzal jellemezve, hogy a levegõkiléptetõ nyílásokat egy-egy, a nyílást térközzel követõ belsõ körvonalú Venturi-csõszakasz (20) veszi körül.
HU 224 256 B1 Int. Cl.7: F 03 D 11/02
7
HU 224 256 B1 Int. Cl.7: F 03 D 11/02
8
HU 224 256 B1 Int. Cl.7: F 03 D 11/02
9
Kiadja a Magyar Szabadalmi Hivatal, Budapest A kiadásért felel: Törõcsik Zsuzsanna fõosztályvezetõ-helyettes Windor Bt., Budapest
