СТАБИЛИЗАТОР ОБОРОТОВ ВЕТРОДВИГАТЕЛЕЙ ФЕДЧИШИНА В.Г. Российский патент 1997 года по МПК F03D7/04 

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано при создании новых типов ветродвигателей (авт. св. СССР N 1270408, к. F 03 D 7/06, 1986; авт.св. СССР N 1747745, кл. F 03 D 7/00, 1989).

Известен стабилизатор оборотов ветродвигателя, содержащий, установленные на вращающейся части ротора, корпус, пружину, шток, кнопочные прерыватели и подвижный фиксатор, размещенные на невращающейся части флюгерные переключатели с червячным редуктором и источник питания (Шефтер Я.И. Рождественский И. В. Изобретателю о ветродвигателях и ветроустановках. М. Минсельхоз, 1957, с. 117, 118, рис. 83).

Целью изобретения является стабилизация дистанционно устанавливаемых фиксированных значений оборотов ротора (ω_р.стаб) и вырабатываемой мощности (Р_ст. М_кр.) во всем рабочем диапазоне изменения избыточных скоростей ветра от устанавливаемой пороговой до максимально допустимой.

Это достигается тем, что инерционный датчик включен в коммутационную цепь автоматической ориентации лопастей на ветер, содержит четыре кнопочных прерывателя, из которых нормально замкнутые (при ω_р < ω_р.стаб) включены в цепь между источником питания и флюгерными переключателями, а нормально разомкнутые напрямую, между источником питания и электродвигателем червячного привода. Стабилизатор также дополнительно снабжен устройством дистанционного натяжения удерживающей шток пружины и световыми цветными индикаторами, указывающими местоположения подвижного фиксатора.

На фиг.1 изображены электрическая схема коммутации стабилизатора оборотов (а); подвижный фиксатор с сигнальными лампами (б); на фиг.2 график зависимостей P = f(v,ω) (а); эпюры сил, образующих суммарный крутящий момент (M_кр.) (б); изменение ориентации флюгера (и плоскостей лопастей) к потоку ветра в зависимости от его избыточной скорости (выше 8 м/с для Р_p; 12 м/с _→ P₁; 16 м/с _→ P₂ (в).

На фиг.3,а изображена упрощенная кинематическая схема поочередно-попарного подключения генераторов к выходным валам мультипликатора. На фиг.3,б графически показана зависимость вырабатываемой мощности от скорости ветра с учетом стабилизации оборотов роторов в трех диапазонах.

Стабилизатор содержит корпус 1, пружину 2, шток 3, контакты 4 и 5 и подвижный фиксатор инерционного датчика, а также флюгерные переключатели 7, реверсивный электродвигатель 8, червячный редуктор 9 и источник питания 10.

Стабилизатор дополнительно содержит с каждой стороны штока 3 вторую группу контактов 4 и 5, а подвижный фиксатор 6 связан резьбовым соединением с винтом 11, посаженным на ось реверсивного микроэлектродвигателя 12, электрически соединенного через контакты коллектора 13, сдвоенный переключатель 14 и кнопку 15 с источником питания 10.

На подвижном фиксаторе 6 закреплен кронштейн 16 с токопроводящей пластиной 17, а на корпусе 1 размещены контакты 18 сигнальных ламп 19, соединенных с одной стороны общей клеммой с источником питания 10.

Стабилизатор работает следующим образом.

При скоростях ветра, недостаточных для достижения установленного порового значения угловой скорости вращающегося ротора ω_р < ω_р.стаб, ветродвигатель работает в обычном режиме самоориентации лопастей на ветер с изменяющимися пропорционально его потоку ω_р и Р.

При ω_р > ω_р.стаб смещенный возросшей силой инерции шток 3, преодолев натяжение пружины 2, разомкнет контакты 5 и замкнет контакты 4. При этом цепь самоориентации отключится, а к реверсивному электродвигателю 8 будет приложено напряжение, в результате чего посредством червячного редуктора 9 центральная ось 20 начнет поворачиваться и ориентировать лопасти ветродвигателя под возрастающим углом α к потоку ветра. Это приведет к уменьшению суммарного крутящего момента и, соответственно, к снижению угловой скорости ротора, в связи с чем шток 3 возвратится в исходное состояние и замкнет контакты 5.

Так как флюгер 21 был принудительно ограничителями флюгерных переключателей развернут под углом к ветру, то под давлением потока ветра при включенной цепи самоориентации он начнет возвращаться в исходное положение. Из-за возрастающей при этом угловой скорости ротора (ω_р > ω_р.стаб) шток 3 снова разомкнет контакты 5 и замкнет контакты 4 и т.д. удерживая (при изменяющейся в широких пределах избыточной скорости ветра) постоянными ω_р и Р (или М_кр.).

Например, для ветродвигателя "ВФ-1" с расчетной мощностью Рр 1 кВт пороговая для смещения штока 3 расчетная скорость ветра составляет 8 м/с; для
В установившемся потока ветра шток 3 будет занимать промежуточное положение. Угол α находится в прямой зависимости от избыточной рабочей скорости ветра, причем с его возрастанием точка 0 (фиг.2,с) приводится к ветру и при V в > V_в.раб (мах) совпадает с его потоком, т.е. в буревом режиме α = 90^° и ω_р=0..

Если на ветродвигателе установлены два или более электрогенератора, то один из них выбирается мощностью не более Рр, второй Р₁ и т.д. что позволяет наиболее рационально отбирать избыточную мощность и существенно уменьшить нижний порог рабочей скорости ветра (т.А, фиг.2).

Возможность дистанционного фиксированного изменения степени натяжения пружины инерционного датчика позволяет оператору изменять (при необходимости) пороговые значения ω_р.ст и Рст. контроль выставления которых осуществляется загоранием и последующим свечением соответствующей сигнальной лампы 19.

При установке нескольких (например, трех) разноуровневых инерционных датчиков в цепь управления представляется возможным автоматически осуществлять поочередное (в том числе попарное) включение генераторов разной мощности (фиг.3,б). Это позволяет максимально использовать вырабатываемую мощность во всем рабочем диапазоне изменения скорости ветра без изменения степени натяжения пружин 2 инерционных датчиков.

Использование: применяется в ветроэнергетике. Сущность изобретения: стабилизатор оборотов ветродвигателей содержит установленные на вращающейся части ротора корпус, пружину, шток, кнопочные прерыватели и подвижный фиксатор, размещенный на невращающейся части флюгерные переключатели с червячным редуктором и источник питания. В коммутационную цепь самоориентации лопасти на ветер включен инерционный датчик, содержащий четыре кнопочных прерывателя, из которых два нормально замкнутых включены между источником питания и флюгерными переключателями, а два нормально разомкнутых - между источником питания и реверсивным электродвигателем червячного редуктора, посаженного на поворотную центральную ось. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Стабилизатор оборотов ветродвигателей, содержащий установленные на вращающейся части ротора корпус, пружину, шток, кнопочные прерыватели и подвижный фиксатор, размещенные на невращающейся части флюгерные переключатели с червячным редуктором и источник питания, отличающийся тем, что в коммутационную цепь самоориентации лопастей на ветер включен инерционный датчик, содержащий четыре кнопочных прерывателя, из которых два нормально замкнутых включены между источником питания и флюгерными переключателями, а два нормально разомкнутых между источником питания и реверсивным электродвигателем червячного редуктора, насаженного на поворотную центральную ось. 2. Стабилизатор по п.1, отличающийся тем, что подвижный фиксатор инерционного датчика соединен через передачу винт гайка с осью микроэлектродвигателя и снабжен кронштейном с токопроводящей пластиной, замыкающей на источник питания (при достижении требуемого натяжения пружины штока) соответствующую сигнальную лампу. 3. Стабилизатор по п.1, отличающийся тем, что в цепь управления включено несколько (например, три) разноуровневых инерционных датчиков, поочередно или попарно подключающих к выходным валам мультипликатора генераторы разной мощности.