ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2273766
КОНИЧЕСКИЙ 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 предохранении ветродвигателя от перегрузок
при буревых ветрах. Конический ветродвигатель содержит в неподвижном корпусе
вращающуюся раму, на которой с возможностью поворота установлен поворотный вал и валы
лопастей, причем поворотный вал и валы лопастей связаны передачами с постоянным
отношением угловых скоростей 2:1. На поворотном валу жестко закреплен флюгер, валы
лопастей установлены на вращающейся раме наклонно, передача от валов лопастей к
поворотному валу выполнена зубчатой через паразитные колеса, половина зубчатых колес,
помещенных на поворотном валу, снабжены ступицами, установлены на нем с возможностью
поворота на 180° и имеют продольную прорезь в ступице, 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 общую
надежность ветродвигателя.
Известен ветряной агрегат, 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. 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 вращающуюся раму, на
которой с возможностью поворота установлен поворотный вал и валы лопастей, причем
поворотный вал и валы лопастей связаны 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 коническом ветродвигателе, содержащем в
неподвижном корпусе вращающуюся раму, на которой с возможностью поворота установлен
поворотный вал и валы лопастей, причем поворотный вал и валы лопастей связаны
передачами с постоянным отношением угловых скоростей 2:1, согласно изобретению на
поворотном валу жестко закреплен флюгер, валы лопастей установлены на вращающейся
раме наклонно, передача от валов лопастей к поворотному валу выполнена зубчатой через
паразитные колеса, половина зубчатых колес, помещенных на поворотном валу, снабжены
ступицами, установлены на нем с возможностью поворота на 180° и имеют продольную прорезь
в ступице, 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 установлен с возможностью вращения вал 2 рамы ветродвигателя
3. Внутри вала 2 в подшипниках установлен вал флюгера 4. На валу флюгера 4 жестко
закреплены флюгер 5 и неподвижное зубчатое колесо 6. Также на валу флюгера 4 с
возможностью вращения установлен верхний корпус 7, с возможностью поворота на 180° -
поворотное зубчатое колесо 8, имеющее на ступице продольную прорезь 9. Внутри вала
флюгера 4 помещен шток 10, снабженный пальцем 11, входящим в винтовую прорезь 12 вала
флюгера 4. На раме 3 в подшипниках 13 и 14 установлены на валах 15 лопасти 16 и 17. На валах 15
также жестко закреплены зубчатые колеса 18 и 19, входящие в закрепления с паразитными
колесами 20 и 21. Паразитные колеса 20 входят в зацепление с неподвижным колесом 6, жестко
установленном на валу флюгера 4, а паразитные колеса 21 входят в зацепление с поворотным
колесом 8, установленном на валу флюгера 4. В корпусе 1 установлены конечные выключатели
22, 23 и мотор-редуктор 24, на выходном валу которого установлен винт 25 с гайкой 26, у которой
за счет выступов 27, входящих в прорези корпуса, заблокировано вращение вокруг оси.
Корпус гайки 26 через подшипники 28 связан со штоком 10. На штоке 10 с возможностью поворота
установлена шлицевая втулка, шлицы 29 которой входят в шлицы вала флюгера 4. Также на
шлицевой втулке жестко закреплен стопорный элемент 30. На корпусе 1 установлен датчик 31
скорости ветра.
|
Функционирование ветродвигателя показано на примере четырехлопастной конструкции.
В рабочем положении при скорости ветра  ,
не превышающей критическую кр
(
кр), рама 3 ветродвигателя (фиг.4) вращается за счет разности лобового
сопротивления лопастей набегающему ветровому потоку против часовой стрелки с
некоторой угловой скоростью  . Шток 10
находится в крайнем нижнем положении. Его палец 11 через винтовую прорезь 12 поворотного
вала 4 и продольную прорезь 9 в ступице удерживает поворотное зубчатое колесо 8 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 6 и 8, установленных на поворотном валу 4, по отношению к ветровому потоку
обеспечивает флюгер 5.
При превышении скорости ветра
критической величины кр (>
кр) по сигналу от датчика скорости ветра 31 включается мотор-редуктор 24, перемещая
при помощи гайки 26 шток 10 вверх внутри поворотного вала 4 до тех пор, пока питающая цепь
мотор-редуктора 24 не разомкнется конечным выключателем 22. При этом осуществляются два
действия:
1) палец 11 штока 10 через винтовую прорезь 12 поворотного вала 4 и продольную прорезь 9 в
ступице разворачивает поворотное колесо 8 на 180°, разворачивая через зубчатую передачу
лопасти 17 на 90° по ходу движения (на фиг.5 штриховыми линиями показано положение
лопастей 17 при рабочем положении ветродвигателя),
2) вал 2 поворотной рамы 4 ветродвигателя фиксируется относительно поворотного вала 4
при помощи стопора 27, упирающегося в замок, выполненный в стенке поворотного вала 4.
При этом лопасти ветродвигателя занимают постоянные симметричные положения по
отношению к направлению ветрового потока, что обеспечивает значительное снижение
аэродинамического сопротивления всей конструкции. Наклоны их средних линий (пунктирные
линии) к ветровому потоку составляет ±22,5°.
При уменьшении скорости ниже критического значения по сигналу от датчика скорости
ветра 31 реверсируется мотор-редуктор 24, опуская при помощи гайки 26 шток 10 вниз до тех
пор, пока питающая цепь мотор-редуктора 24 не разомкнется конечным выключателем 23. При
этом:
1) размыкается связь вала 2 и поворотной рамы 3 ветродвигателя с поворотным валом 4,
2) палец 11 штока 10 через винтовую прорезь 12 поворотного вала 4 и продольную прорезь 9 в
ступице реверсирует поворотное колесо 8 на 180°, поворачивая через зубчатую передачу
лопасти 17 на 90° против движения (на фиг.5 штриховыми линиями показано положение
лопастей 17 при рабочем положении ветродвигателя), лопасти 17 возвращаются в рабочее
состояние, после чего ветродвигатель начинает обычное функционирование.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Конический ветродвигатель, содержащий в неподвижном корпусе вращающуюся
раму, на которой с возможностью поворота установлен поворотный вал и валы лопастей,
причем поворотный вал и валы лопастей связаны передачами с постоянным отношением
угловых скоростей 2:1, отличающийся тем, что на поворотном валу жестко закреплен
флюгер, валы лопастей установлены на вращающейся раме наклонно, передача от валов
лопастей к поворотному валу выполнена зубчатой через паразитные колеса, половина
зубчатых колес, помещенных на поворотном валу, снабжены ступицами, установлены на
нем с возможностью поворота на 180° и имеют продольную прорезь в ступице, 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
|
