ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО СИЛОВОГО КАБЕЛЯ ВЕТРОАГРЕГАТА Российский патент 1999 года по МПК F03D11/04 

Изобретение относится к ветротехнике и может быть использовано в электрических ветроагрегатах.

Известна ветроустановка [1] , содержащая башню с поворотной головкой, хвост и по меньшей мере один ветродвигатель, связанный с поворотной головкой, которая снабжена лебедкой, включающей катушку, соосную с вертикальной осью башни, блок, закрепленный на башне трос, соединенный одним концом с катушкой и огибающий блок, и груз, связанный со свободным концом троса.

Недостатком данного устройства является увеличенные массогабаритные показатели, за счет наличия дополнительного груза и лебедки.

Другим аналогом является ветроустановка [2], содержащая башню, поворотную головку, хвост и по меньшей мере один ветродвигатель, связанный с поворотной головкой, башня снабжена двумя собачками, шарнирно связанными между собой тягой, и двумя винтовыми парами, а поворотная головка снабжена штифтом, образующим с винтовыми пазами и собачками правую или левую винтовые пары, причем угол винтовых пазов определяется весом поворотной головки по формуле :
α = arctg((F-P_г•tgρ)/(F•tgρ+P_г)),
где P_г - вес поворотной головки;
F - окружная сила;
ρ - угол трения.

Однако для данного устройства недостатком является пониженная надежность из - за сложности механизма возврата поворотной головки в исходное положение, а также ограниченный угол поворота.

Наиболее близким но технической сущности является предохранительное устройство силового кабеля ветроагрегата [3], содержащее поворотную головку и башню между которыми пропущен электрический кабель и размещено соединительное звено в виде пакета концентрично расположенных на башне соосных поворотных шайб, каждая из которых снабжена верхним и нижним упорами с упругими элементами, взаимодействующими соответственно с нижними и верхними упорами соседних шайб, причем верхний упор крайней верхней шайбы и нижний упор крайней нижней шайбы взаимодействуют соответственно с упором башни и упором головки.

Однако для данного устройства недостатком является то, что жесткие упоры не обеспечивают в предельных положениях головки ветродвигателя на направление ветра, что в конечном итоге ведет к снижению КПД ветродвигателя.

Задачей изобретения является повышение надежности и КПД ветроэнергетической установки, за счет увеличенного угла поворота головки и возврату головки в нейтральное положение при отсутствии ветра или его ослаблении.

Указанная задача достигается тем, что предохранительное устройство силового кабеля ветроагрегата, содержащее соединительное звено, установленное между поворотной головкой и башней и закрепленными на них упорами, соединительное звено выполнено в виде пакета концентрично расположенных на башне соосных поворотных шайб, установленных друг на друге, каждая из которых снабжена верхним и нижним упорами, с упругими оболочками, с возможностью перестановки в окружном направлении и взаимодействии соответственно с нижним и верхним упорами соседних шайб, причем верхний упор крайней верхней шайбы и нижний упор крайней нижней шайбы будет взаимодействовать соответственно с упором головки и упором башни, в отличие от прототипа стороны шайб, взаимодействующие друг с другом, выполнены в виде кольцевых винтовых поверхностей, образующих винтовые пары чередующегося - направления правый, левый.

Существо устройства поясняется чертежами. На фиг. 1 представлена схема предохранительного устройства силового кабеля ветроагрегата; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1.

Предохранительное устройство содержит соединительное звено, установленное между поворотной головкой 1 и башней 2, с закрепленными на них соответственно упорами 3 и 4, соединительное звено выполнено в виде пакета концентрично расположенных на башне 2 друг на друге соосных поворотных шайб 5, взаимодействующие друг с другом, стороны которых выполнены в виде кольцевых винтовых поверхностей, образующих винтовые пары чередующегося направления - правый, левый, правый, левый, угол наклона которых определяется по формуле [2]:
α = arctg((F-P_г•tgρ)/(F•tgρ+P_г)),
где P_г - вес поворотной головки;
F - окружная сила;
ρ - угол трения.

Число шайб в зависимости от допустимого угла скручивания кабеля [β] определяется по формуле:

Отсюда при выбранном числе шайб угол скручивания будет равен
β = πn+π.
Каждая из шайб 5 снабжена верхним и нижним 7 упорами, взаимодействующими соответственно с нижним и верхним упорами соседних шайб 5. Причем верхний упор 6 крайней верхней шайбы 5 и нижний упор 7 крайней нижней шайбы 5 взаимодействуют соответственно с упором 3 головки 1 и упором 4 башни 2.

Кроме того, все упоры снабжены охватывающими их упругими оболочками 8, а упоры 6 и 7 шайб 5 установлены с возможностью перестановки в окружном направлении. В полости башни размещен электрический кабель 9, соединяющий генератор (на фиг. не показан), установленный на головке 1, с потребителем (на фиг. не показан).

Устройство работает следующим образом. При поворотах головки 1 на ветер вместе с ней вращается упор 3 и постепенно при увеличении амплитуд разворота упор 3 начинает взаимодействовать с верхним упором 6 крайней верхней шайбы 5. После этого вместе с головкой начинают поворачиваться все шайбы 5 до тех пор пока нижний упор 7 крайней нижней шайбы 5 не войдет во взаимодействие с упором 4 башни 2. При дальнейшем повороте головки 1 начинает поворачиваться верхняя шайба 5 по кольцевой винтовой поверхности поднимая головку 1, и в дальнейшем она при своем вращении захватывает последующие шайбы 5, до тех пока все упоры не войдут во взаимодействие. После наступления безветрия поворотная головка 1 под действием силы тяжести, создаваемой ее собственным весом, начинает опускаться, поворачиваясь при этом в обратную сторону, тем самым кабель предохраняется от чрезмерного скручивания и обрыва.

Источники информации, принятые по внимание
1. Авторское свидетельство СССР N 1590630, F 03 D 11/00, 15.09.87.

2. Решение о выдаче патента на изобретение по заявке N 94017279 от 11.01.96.

3. Авторское свидетельство СССР N 1643775, F 03 D 11/04, 23.04.91.

Предохранительное устройство силового кабеля ветроагрегата может быть использовано в электрических ветроагрегатах. Технический результат заключается в повышении надежности и КПД ветроэнергетической установки за счет увеличенного угла поворота головки и возврата головки в нейтральное положение при отсутствии ветра или его ослаблении. Указанный технический результат достигается тем, что стороны шайб, взаимодействующие друг с другом, выполнены в виде кольцевых винтовых поверхностей, образующих винтовые пары чередующегося направления - правого, левого, причем угол скручивания кабеля определяется по формуле β = π•n+π, n - число поворотных шайб. 2 ил.

Предохранительное устройство силового кабеля ветроагрегата, содержащее соединительное звено, установленное между поворотной головкой и башней и закрепленными на них упорами, соединительное звено выполнено в виде пакета концентрично расположенных на башне соосных поворотных шайб, установленных друг на друге, каждая из которых снабжена верхним и нижним упорами, с упругими оболочками, с возможностью перестановки в окружном направлении и взаимодействия соответственно с нижним и верхним упорами соседних шайб, причем верхний упор крайней верхней шайбы и нижний упор крайней нижней шайбы будут взаимодействовать соответственно с упором головки и упором башни, отличающееся тем, что стороны шайб, взаимодействующие друг с другом, выполнены в виде кольцевых винтовых поверхностей, образующих винтовые пары чередующегося направления - правого, левого, причем угол скручивания кабеля определяется по формуле:
β = π•n+π,
где n - число поворотных шайб.