БАШНЯ ПОВОРОТНАЯ Российский патент 1994 года по МПК E04H12/00 

Изобретение относится к ветроэнергетике и позволяет повысить работоспособность, надежность и удобство в эксплуатации ветродвигателей.

Известна башня, включающая неподвижно закрепленный ствол для установки ветроколеса [1] .

Недостатками такой башни являются сложность монтажа и ремонта и неспособность ветроколеса противостоять ураганному ветру.

Наиболее близкой к изобретению является башня поворотная, включающая стойку и стержень с растяжками [2] .

Эта башня обладает теми же недостатками, что и выше приведенная.

Цель изобретения - упрощение конструкции, повышение работоспособности и долговечности, удобства монтажа и эксплуатации и обеспечение автоматического ухода ветроколеса в укрытие при ураганном ветре.

Цель достигается тем, что башня снабжена установленными на верхнем конце стойки с возможностью вращения колпаком, распоркой, жестко прикрепленной к стержню перпендикулярно его оси, нижней и верхней балками, закрепленными к концам стержня в противоположных направлениях, установленным на свободном конце нижней балки противовесом, емкость которого частично заполнена водой, лебедкой с канатом, размещенной на противоположном конце балки у стержня, и вильчатым захватом, прикрепленным к нижнему концу стержня с противоположной стороны от нижней балки, при этом стойка выполнена с цилиндрическим поясом и размещенным под ним упорным кольцевым выступом, а стержень шарнирно с возможностью наклона прикреплен к колпаку стойки посредством ушек, причем распорка размещена в уровне шарнира крепления стержня к колпаку стойки, а вильчатый захват имеет средний и боковые ролики, взаимодействующие с цилиндрическим поясом стойки, и пазы на ветвях для установки ограничителя в виде распорной пластины с закрепленным на ней роликом, при этом одна из растяжек прикреплена концами соответственно к свободному концу верхней балки и к основанию стержня с изломами на вершине последнего и на свободном конце распорки, а другая растяжка соединяет свободный конец распорки со свободными концами нижней балки.

На фиг. 1 показана схема башни в рабочем положении, вид сбоку; на фиг. 2 - схема положения башни в момент монтажа или в момент ремонта ветроколес, или в момент ураганного ветра; на фиг. 3 - вид А на фиг. 1; на фиг. 4 - узел I на фиг. 1; на фиг. 5 - сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг. 6 - узел II на фиг. 2.

Башня поворотная включает стойку 1 и стержень 2 с растяжками 3, 4 и 5 и ветроколесами 6. Стойка 1 с верхнего конца накрыта установленным с возможностью вращения колпаком 7, к которому посредством шарнира 8 при помощи ушек 9 крепится наклонный стержень 2, перпендикулярно оси которого в одной плоскости на уровне шарнира 8 жестко установлена распорка 10, а на нижнем конце - нижняя балка 11, а в верхней части, с противоположной стороны от наклонного стержня 2, верхняя балка 12, конец которой соединен растяжкой 3 с вершиной наклонного стержня 2, а с другой стороны верхний и нижний концы наклонного стержня 2 соединены растяжкой 4, проходящей с изломом в вершине распорки 10, от которой другая растяжка 5 соединена с концом нижней балки 11, где расположена емкость 13 противовеса, частично (по расчету) заполненная водой. На нижнем конце наклонного стержня 2, с противоположной стороны от нижней балки 11, предусмотрен вильчатый захват 14 стойки 1 со средним 15 и боковыми 16 роликами, контактирующими с цилиндрическим поясом 17 стойки 1, на ветвях второго предусмотрены пазы 18 для установки ограничителя 19 с роликом 20, а в нижнем конце наклонного стержня 2, в углу с нижней балкой 11, установлена лебедка 21 с канатом 22, а ниже цилиндрического пояса 17 предусмотрен упорный кольцевой выступ 23 для крепления каната 22, при этом ограничитель 19 подобен рессорной пластине с укрепленным на ней роликом 20.

В положении, показанном на фиг. 2 осуществляется монтаж всей системы ветродвигателя. После чего при помощи лебедки 21 и каната 22 производится подъем ветроколес 6 на высоту путем поворота наклонного стержня 2 относительно шарнира 8 до положения, показанного на фиг. 1.

В рабочем положении башни, момент М₁ относительно шарнира 8 от груза емкости 13 противовеса должен быть несколько больше момента М₂ от груза ветроколес 6, т. е. М₁>М₂.

Для этого емкость 13 противовеса частично (по расчету) заполняется водой.

Момент М₃ от скоростного напора ветра на ветроколеса 6 уравновешивается до некоторого предела ограничителем 19.

Ограничитель 19 придает наклонному стержню 2 устойчивое положение от качания в момент порывов ветра.

Ограничитель 19 устанавливается в пазы 18 вильчатого захвата 14 с прижимом ролика 20 к поясу 17 стойки 1.

В рабочем положении башни, если произойдет изменение направления ветра, плоскости ветроколес 6, находясь от оси стойки 1 на расстоянии примерно одного диаметра колеса 6, от действия скоростного напора будут поворачиваться вместе с верхней балкой 12, наклонным стержнем 2 и колпаком 7, относительно оси стойки 1, и будут занимать положение плоскости нормальной к ветру. При этом захват 14, опираясь средним роликом 15 на стойку 1 и центрируясь боковыми роликами 16, будет перекатываться вокруг стойки 1 по поясу 17.

Когда скорость ветра превысит критическую расчетную величину, а общий момент для наклона стержня 2 от М₂ и скоростного напора М₃ превысит допускаемый суммарный момент от противовеса (13) М₁ и момента М₄ от упругости изгиба ограничителя 19, т. е.

М₂+М₃>М₁+М_4, то ограничитель 19 согнется и выскользнет из пазов 18 захвата 14, и наклонный стержень 2, получив свободу, будет наклоняться, чтобы принять форму положения, показанного на фиг. 2.

При этом в момент наклона стержня 2 наклонится и емкость 13 противовеса, из которого выльется вода, уменьшив тем самым вес противовеса. И в конечном итоге, конструкция наклонного стержня 2 примет положение, показанное на фиг. 2, с упором конца 24 верхней балки 12 на уровень земли.

А поскольку в данном положении (фиг. 2) момент от груза ветроколес 6 М₂ будет больше, чем момент М₁ от груза емкости 13 противовеса, поскольку вода из емкости 13 вылилась, то вся система при М₂>М₁ будет находиться в таком положении до тех пор, пока ее при помощи лебедки 21 и каната 22 не переведут снова в рабочее положение (фиг. 1).

Такая схема позволяет упростить и удешевить конструкцию башни, сделать ее легкой и жесткой при малой затрате материалов. Потому что изгибающий момент будет действовать всегда только в одной плоскости направления ветра.

А вот стойка будет испытывать всестороннее действие изгиба. И она должна выполняться достаточно жесткой и прочной.

Далее наличие емкости противовеса, частично (по расчету) заполненной водой, и захват со средними и боковыми роликами, контактирующими с цилиндрическим поясом стойки, на ветвях которого предусмотрены пазы для установки ограничителя с роликом, а также наличием лебедки с канатом и упорного кольцевого выступа, для крепления каната, позволяет достичь не только удобства в монтаже и эксплуатации ветродвигателя, но и автоматизировать уход ветроколес в момент наступления ураганного ветра в укрытие, что существенно повышает работоспособность и долговечность ветродвигателя, так как избавит его от разрушения в момент ураганного ветра. (56) 1. Ветроэнергетика. Под ред. Д. де Ренуо. М. : Энергоатомиздат, 1982, с. 198, 252, рис. 5, 14, 5.33.

2. Авторское свидетельство СССР N 1076617, кл. F 03 D 1/00, 1984.

Использование: в ветроэнергетике для повышения работоспособности, надежности и удобства в эксплуатации ветродвигателей. Сущность изобретения: стойка башни с верхнего конца накрыта колпаком, установленным с возможностью вращения, к которому шарнирно крепится наклонный стержень, перпендикулярно оси которого в одной плоскости, на уровне шарнира, жестко установлена распорка, а на нижнем конце - нижняя балка. В верхней части, с противоположной стороны от наклонного стержня закреплена верхняя балка, конец которой соединен растяжкой с вершиной наклонного стержня, а с другой стороны верхний и нижний концы наклонного стержня соединены растяжкой, проходящей с изломом в вершине распорки, от которой другая растяжка соединена с концом нижней балки, где расположена емкость противовеса, частично заполненная водой. На нижнем конце наклонного стержня с противоположной стороны от нижней балки предусмотрен вильчатый захват стойки со средним и боковыми роликами, на ветвях которого предусмотрены пазы для установки ограничителя с роликом. 6 ил.

БАШНЯ ПОВОРОТНАЯ, включающая стойку и стержень с растяжками, отличающаяся тем, что она снабжена установленным на верхнем конце стойки с возможностью вращения колпаком, распоркой, жестко закрепленной к стержню перпендикулярно его оси, нижней и верхней балками, закрепленными к концам стержня в противоположных направлениях, установленным на свободном конце нижней балки противовесом, емкость которого частично заполнена водой, лебедкой с канатом, размещенной на противоположном конце башни у стержня, и вильчатым захватом, закрепленным к нижнему концу стержня с противоположной стороны от нижней балки, при этом стойка выполнена с цилиндрическим поясом и размещенным под ним упорным кольцевым выступом, а стержень шарнирно с возможностью наклона закреплен к колпаку стойки посредством ушек, причем распорка размещена в уровне шарнира крепления стержня к колпаку стойки, а вильчатый захват имеет средний и боковые ролики, взаимодействующие с цилиндрическим поясом стойки, и пазы на ветвях для установки ограничителя в виде распорной пластины с закрепленным на ней роликом, при этом одна из растяжек прикреплена концами соответственно к свободному концу верхней балки и к основанию стержня с изломами на вершине последнего и на свободном конце распорки, а другая растяжка соединяет свободный конец распорки со свободным концом нижней балки.