ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2273765
ВЕТРОДВИГАТЕЛЬ ДЛЯ ВЕТРЯКА
Имя изобретателя: Гданский Николай Иванович (RU); Мальцевский Владислав Васильевич
Имя патентообладателя: Московский государственный университет инженерной экологии
Адрес для переписки: 105066, Москва, ул. Старая Басманная, 21/4, Проректору по научной работе А.В. Каталымову
Дата начала действия патента: 2004.11.10
Изобретение относится к ветроэнергетике и предназначено для применения в
местностях с невысокими скоростями ветра. Технический результат заключается в
повышении надежности конструкции за счет обеспечения автоматической ориентации
лопастей относительно ветрового потока и предохранения ветродвигателя от перегрузок
при буревых ветрах. Ветродвигатель содержит вращающуюся в неподвижном корпусе раму, на
которой с возможностью вращения установлены валы с жестко закрепленными на них
лопастями и поворотный вал, причем поворотный вал и валы лопастей снабжены звездочками
со ступицами, которые связаны цепными передачами с постоянным отношением угловых
скоростей 2:1. На поворотном валу жестко закреплен флюгер, половина звездочек
поворотного вала установлены с возможностью поворота на 180°, а в ступице выполнена
продольная прорезь, при этом поворотный вал выполнен полым с профилированной прорезью
и шлицами в нижней части, внутри него установлен шток с пальцем, входящим в
профилированную прорезь и прорезь ступицы звездочки, а на обратном конце штока
установлена с возможностью поворота шлицевая втулка со стопором, входящая в шлицы
поворотного вала, причем в неподвижном корпусе установлен привод поступательного
движения с подвижным исполнительным элементом, с которым с возможностью
относительного поворота связан конец штока.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение относится к ветроэнергетике и предназначено для применения в
местностях с невысокими скоростями ветра. Данная конструкция позволяет повысить
надежность ветродвигателя при буревых ветрах.
Известен ветряной агрегат (патент РФ №2070659, кл. F 03 D 3/02, 7/06, 1994), в котором на
центральном валу установлен каркас с вертикально расположенными лопастями, которые
могут вращаться вокруг своих осей и связаны зубчатыми передачами с ведущей шестерней,
жестко соединенной с флюгером, нагруженным в сторону зацепления, причем соотношение
зубчатой передачи от флюгера к лопастям составляет 1:2.
Основными недостатками известного ветряного агрегата являются: использование
зубчатых передач довольно сложной конструкции и дискретный характер срабатывания
механизма, предохраняющего агрегат от буревых ветров. Зубчатые передачи для
эффективной работы требуют регулировки зацеплений и постоянного наличия смазки в
контактах, что значительно усложняет конструкцию, повышает ее стоимость и снижает
надежность. Также данные передачи значительно повышают инертность всей конструкции во
вращательном движении, что снижает ее эффективность при малых скоростях ветра.
Дискретный характер срабатывания предохраняющего механизма приводит к тому, что
остановка агрегата и ориентация его лопастей по ветру должны выполняться при
достижении максимально возможной скорости ветра и, соответственно, максимальных
оборотах каркаса с лопастями.
Наиболее близкой по совокупности признаков является ветроэлектроустановка (патент
РФ №2030777, кл. F 03 D 3/02, 7/06, 1995), содержащая в неподвижном корпусе вертикальный поворотный
вал с траверсами, на которых с возможностью поворота установлены валы лопастей, причем
поворотный вал и валы лопастей снабжены звездочками, которые связаны цепными
передачами с постоянным отношением угловых скоростей 2:1. Ориентация по ветру
поворотного вала с блоком звездочек осуществляется через дополнительный передаточный
механизм при помощи дополнительных устройств, учитывающих направление ветра.
Основными недостатками данной конструкции являются:
1) необходимость в дополнительном устройстве, обеспечивающем ориентацию установки по
ветру,
2) отсутствие механизма, предохраняющего ее от буревых ветров.
Задачей изобретения является повышение надежности конструкции за счет обеспечения
автоматической ориентации лопастей относительно ветрового потока и предохранения
ветродвигателя от перегрузок при буревых ветрах.
Поставленная задача достигается тем, что в ветродвигателе, содержащем вращающуюся в
неподвижном корпусе раму, на которой с возможностью вращения установлены валы с жестко
закрепленными на них лопастями и поворотный вал, причем поворотный вал и валы лопастей
снабжены звездочками со ступицами, которые связаны цепными передачами с постоянным
отношением угловых скоростей 2:1, согласно изобретению, на поворотном валу жестко
закреплен флюгер, половина звездочек поворотного вала установлены с возможностью
поворота на 180°, а в ступице выполнена продольная прорезь, при этом поворотный вал
выполнен полым с профилированной прорезью и шлицами в нижней части, внутри него
установлен шток с пальцем, входящим в профилированную прорезь и прорезь ступицы
звездочки, а на обратном конце штока установлена с возможностью поворота шлицевая
втулка со стопором, входящая в шлицы поворотного вала, причем в неподвижном корпусе
установлен привод поступательного движения с подвижным исполнительным элементом, с
которым с возможностью относительного поворота связан конец штока.
|
|
|
|
|
|
|
На фиг.1 дан поперечный разрез конструкции, на фиг.2 - вид А-А, на фиг.3 - разрез Б-Б, на фиг.4
- вид ветродвигателя сверху при рабочем положении ветродвигателя, на фиг.5 - вид
ветродвигателя сверху при остановленном положении ветродвигателя.
В неподвижном корпусе 1 на подшипниках 2 установлен вал 3 поворотной рамы 4
ветродвигателя. Внутри вала 3 на подшипниках 5 установлен поворотный вал 6. На валу
флюгера 6 жестко закреплены флюгер 7 и звездочка 8 цепной передачи. Также на поворотном
валу 6 с возможностью поворота на 180° установлена поворотная звездочка 9 цепной
передачи, имеющая продольную прорезь 10 в ступице 11. На раме 4 в подшипниках 12
установлены валы 13 с жестко закрепленными на них звездочками 14, 15 и лопастями 16, 17.
Поворотная звездочка 9 связана со звездочками 14 цепью 18 с постоянным отношением
угловых скоростей 2:1 (от звездочки 9 к звездочкам 14). Неподвижная звездочка 8 поворотного
вала 6 аналогично связана со звездочками 15 при помощи цепи 19. Внутри поворотного вала 6
установлен шток 20, палец 21 которого входит в винтовую прорезь 22 поворотного вала 6. В
нижней части шток 20 через поворотно установленную шлицевую втулку 23 связан с валом 3 и
входит в подшипники 24. На шлицевой втулке 23 жестко закреплен стопор 25. В корпусе 1 жестко
установлены концевые выключатели 26, 27. Привод поступательного движения выполнен в виде
мотор-редуктора 28, у которого роль подвижного исполнительного элемента выполняет
гайка 30, входящая в зацепление с винтом 29, жестко закрепленным на выходном валу мотор-редуктора
28. От вращения гайка 30 удерживается выступами 31, входящими в прорези корпуса 1. Гайка 30
через втулку 32 жестко связана с наружными кольцами подшипников 24. Также на корпусе 1
установлен датчик скорости ветра 33.
|
Рассмотрим функционирование ветродвигателя на примере четырехлопастной
конструкции.
В рабочем положении при скорости ветра v, не превышающей критическую 
кр (
кр), рама 4 ветродвигателя (фиг.4) вращается за счет разности лобового
сопротивления лопастей набегающему ветровому потоку против часовой стрелки с
некоторой угловой скоростью  . Шток 20
находится в крайнем нижнем положении. Его палец 21 через винтовую прорезь 22 поворотного
вала 6 и продольную прорезь 10 в ступице удерживает поворотную звездочку 9 в положении,
при котором лопасти 16 и 17 ветродвигателя поворачиваются относительно корпуса с
угловой скоростью /2, занимая
наиболее выгодное положение по отношению к ветровому потоку. Ориентацию звездочек 8 и 9,
установленных на поворотном валу 6, по отношению к ветровому потоку обеспечивает
флюгер 7.
При превышении скорости ветра
критической величины
кр (>
кр) по сигналу от датчика скорости ветра 33 включается мотор-редуктор 28, перемещая
при помощи гайки 30 шток 20 вверх внутри вала флюгера 6 до тех пор, пока питающая цепь
мотор-редуктора 28 не разомкнется конечным выключателем 26. При этом осуществляются два
действия:
1) палец 21 штока 20 через винтовую прорезь 22 поворотного вала 6 и продольную прорезь 10 в
ступице разворачивает поворотную звездочку 9 на 180°, разворачивая через цепную
передачу лопасти 15 на 90° по ходу движения (на фиг.5 штриховыми линиями показано
положение лопастей 16 при рабочем положении ветродвигателя),
2) вал 3 поворотной рамы 4 ветродвигателя фиксируется относительно поворотного вала 6
при помощи стопора 25, упирающегося в замок, выполненный в стенке поворотного вала 6.
При этом лопасти ветродвигателя занимают постоянные симметричные положения под
углами ±22,5° по отношению к направлению ветрового потока, что обеспечивает
значительное снижение аэродинамического сопротивления всей конструкции.
При уменьшении скорости ниже критического значения по сигналу от датчика скорости
ветра 33 реверсируется мотор-редуктор 28, опуская при помощи гайки 30 шток 20 вниз до тех
пор, пока питающая цепь мотор-редуктора 28 не разомкнется конечным выключателем 27. При
этом размыкается связь вала 3 поворотной рамы 4 ветродвигателя с поворотным валом 6 и
лопасти 16 возвращаются в рабочее состояние, после чего ветродвигатель начинает
обычное функционирование.
Таким образом, за счет обеспечения автоматической ориентации лопастей по ветру, а
также фиксации рамы ветродвигателя относительно флюгера с уменьшением парусности
всего ветродвигателя достигается повышение надежности всей конструкции.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Ветродвигатель, содержащий вращающуюся в неподвижном корпусе раму, на
которой с возможностью вращения установлены валы с жестко закрепленными на них
лопастями и поворотный вал, причем поворотный вал и валы лопастей снабжены
звездочками со ступицами, которые связаны цепными передачами с постоянным
отношением угловых скоростей 2:1, отличающийся тем, что на поворотном валу жестко
закреплен флюгер, половина звездочек поворотного вала установлена с возможностью
поворота на 180°, а в ступице выполнена продольная прорезь, при этом поворотный вал
выполнен полым с профилированной прорезью и шлицами в нижней части, внутри него
установлен шток с пальцем, входящим в профилированную прорезь и прорезь ступицы
звездочки, а на обратном конце штока установлена с возможностью поворота шлицевая
втулка со стопором, входящая в шлицы поворотного вала, причем в неподвижном корпусе
установлен привод поступательного движения с подвижным исполнительным элементом, с
которым с возможностью относительного поворота связан конец штока.
Версия для печати
Дата публикации 31.01.2007гг
вверх
|
