ВЕТРОСИЛОВАЯ УСТАНОВКА "ОСА-2М" Российский патент 2000 года по МПК F03D7/04 

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано для механизации подъема воды из глубоких скважин, колодцев, а также для выработки электроэнергии.

Известен ветродвигатель, содержащий установленную на валу ступицу, закрепленные на ней радиальные поворотные лопасти, подпружиненный ползун, центробежную защелку, установленную с возможностью скольжения вдоль вала, при этом с лопастями жестко связаны вилки и радиальные стержни, закрепленные на ползуне и расположенные в соответствующей вилке (см. SU 1525298 A1, кл. F 03 D 7/02, 30.11.1989).

К недостаткам известного технического решения относятся сложность конструкции системы управления, невысокая эксплуатационная надежность и низкий КПД.

Известен ветродвигатель, содержащий полый вал, установленное на нем ветроколесо со ступицей и закрепленными на ней лопастями, и регулятор мощности, торсион, установленный в полости вала, и валик с поперечными осями, конические шестерни, связывающие подпружиненные тормозные элементы, расположенные на колесе, и радиальные кронштейны, на которых размещены тормозные элементы (см. SU 1242636 A1, F 03 D 1/00, 07.07.86).

К недостаткам известного технического решения относятся необходимость обеспечения технических решений, исключающих поломку конструкций от перегрузки и повышение требований к безопасности эксплуатации.

Известна ветросиловая установка, содержащая вал со ступицей и поворотные лопасти, принятая за ближайший аналог (прототип) изобретения по совокупности существенных признаков (см. SU 1490316 A1, кл. F 03 D 7/04, 30.06.1989).

Недостатком предложенной ветросиловой установки является невысокая надежность конструкции, что может привести к аварийной поломке.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в повышении надежности включения-выключения ветролопастей и достигается за счет того, что в ветросиловой установке, содержащей вал со ступицей и поворотные лопасти, согласно изобретению, лопасти выполнены подпружиненными и прикреплены к ступице, на вал надета втулка, снабженная узлом торможения, компенсатором гашения инерции, выполненным в виде фрикционной катушки, или пружины, или фрикционной муфты, и гибкими тягами для поворота лопастей, причем втулка имеет участок для намотки тяг или крепления - надевания фрикционной катушки, а между концом втулки и ступицей имеется шайба.

Сущность заявляемого технического решения поясняется чертежами, где показаны:
на фиг. 1 - схема общего вида установки со стороны ветроколеса;
на фиг. 2 - вид сбоку на фиг. 1;
на фиг. 3 - вид А на фиг.2
на фиг. 4, 5 - схемы вариантов встраивания во втулку других компенсаторов гашения инерции (фрикционной муфты, пружины).

Ветросиловая установка состоит из поворотных лопастей 1, ступицы 2, трубчатого вала 3, коленчатой части вала 4, подшипниковых узлов 5 и 6 крепления вала 3 посредством кронштейнов 7 и 8 к трубчатой поворотной головке 9 на мачте. Мачта состоит из жестких опор 10 и прикрепленной к ним трубы 11, с кольцевой платформой 12, на которую опираются ролики 13 поворотной головки 9. Для центровки, поворотная головка 9 имеет боковые ролики 14, которые опираются на верхний участок мачтовой трубы 11. Мачтовая труба 11 имеет (на изоляторах) кольцевые токосъемники 15, на которых установлены электроконтакты 16, прикрепленные к поворотной головке 9. К поворотной головке 9 прикреплена полка 17, на которой установлен электрогенератор 18 для отбора мощности от вала 3 посредством колеса 19 и ременной (или цепной) передачи 20. К поворотной головке 9 прикреплен в ползунах 21 стопор 22 с возможностью возвратно-поступательно передвигаться на фиксированную длину под действием электромагнита 23 или тросика 24, который огибает шкив-ролик 25 и через трубку скольжения 26 двумя ветвями выведен внутрь трубы 11. Ветви тросика 24 висят вблизи стенки трубы 11 и заканчиваются рукояткой 27 между опорами 10. Концевые осевые участки поворотных лопастей 1 крепятся к ступице 2 посредством подшипников скольжения 28, которые в данном исполнении прикреплены (электросваркой) к ее краям. Осевые концы лопастей 1 опираются на выступающую часть соседних подшипников 28 и снабжены шплинтами 29 с шайбами 30. Пружины 31 между подшипниками 28 с зазором надеты на осевые концевые участки лопастей 1, один конец их вставлен в отверстие этих участков, а другой вставлен в отверстия в теле подшипников 28 (или ступицы 2). На валу 3 свободно надета втулка 32, на участок 33 которой со стороны ступицы 2 с фрикционной прокладкой 34 надета катушка 35. К катушке 35 прикреплены гибкие тяги - тросики 26, которые проходят через опорные трубки скольжения 37 и прикреплены другими концами к рычагам 38 поворотных лопастей 1. Трубки 37 прикреплены к ступице 2 хомутами 39. Под мачтовой трубой 11 смонтирована опора 40 с уравновешивающей пружиной 41, имеющей отверстия для пропуска штока 42, который с шатуном 43 соединяется шарниром 44. Для взаимодействия с пружиной 41 шток 42 имеет упор 45. Втулка 32 (фиг. 2) снабжена узлом торможения в виде рычага 46, конец которого отогнут в зону передвижения стопора 22. В случае, если участок 33 втулки 32 не предохраняет катушку 35 от упора - трения со ступицей 2 между ними, на валу 3 помещается шайба (на чертеже не показано).

Диапазон перемещений коленвала 4 и шатуна 43 устанавливается с расчетом, чтобы шатун 43 не касался внутренних стенок поворотной головки 9 и мачтовой трубы 11 или в качестве шатуна используется гибкая тяга с соответствующими ограничительными роликами: вместо тормозного рычага 35 узел торможения на втулке 32 может быть выполнен в виде колеса, например, шкивного или зубчатого, с соответствующей передачей тормозного усилия; вместо опорных трубок скольжения 37 могут быть использованы шкивные ролики (на чертеже не показано).

Вместо фрикционной катушки 35 с фрикционной прокладкой 34 втулка 32 может снабжаться другими компенсаторами гашения инерции. Например, компенсатор гашения инерции может быть выполнен в виде встроенной во втулку 32 фрикционной муфты (фиг. 4), состоящей из прикрепленных к двум частям втулки 32 фланцев 47 и 48, вставленной между ними фрикционной шайбы 49, шайб скольжения 50 и 51, прижимных тарелок 52 и 53, соединенных болтами 54, податливого резинового кольца 55 для настройки степени прижима. Компенсатор гашения инерции может быть выполнен в виде встроенной во втулку 32 упругой фрикционной компенсаторной муфты с гидропластом, в которой вместо фрикционной шайбы 49 между фланцами 47 и 48 вставлены гофрированные трубки различного диаметра, а кольцевая герметичная полость между вставленными одна в другую гофрированными трубками и замыкающими с торцов фланцами заполнена вязкой жидкостью, например гидропластом (на чертеже не показано). Компенсатор гашения инерции может быть выполнен в виде встроенной во втулку 32 двухпроволочной пружины 56, пары петель 57 которой симметрично крепятся к двум частям втулки 32 (фиг.5).

В описанных вариантах гибкие тяги 36 для поворота лопастей крепятся к втулке 32 болтами или посредством уголков 58 (или кольцевого манжета) с оставлением участка 33 перед ступицей 2 для намотки тяг.

Хомут 59, которым тормозной рычаг 46 крепится на втулке 32, с соответствующей прокладкой и настроечной затяжкой, может выполнять функции фрикционной муфты.

Работает ветросиловая установка следующим образом.

При возникновении рабочей скорости ветра хвостовой флюгер, прикрепленный к поворотной головке 9, поворачивает ветроколесо навстречу воздушному потоку. При освобожденном тормозном рычаге 46 под напором ветра лопасти 1 поворачиваются на соответствующий упругости пружин 31 угол, передавая крутящий момент на вал 3. Вал 3 вращается вместе с втулкой 32 и смонтированными на ней узлами. Сочетание усилия поворота лопастей 1, упругости и диапазона настройки пружин 31 устанавливается с расчетом, чтобы при выбранном диапазоне изменения рабочего ветра повороты происходили в пределах 25-75^o, обеспечивая достижение мощности при рабочем ветре и предотвращали перегрузки - поломки в конструкции при ураганном ветре.

При работе ветроколеса отбор мощности с его вала 3 производится посредством колеса 19 и ременной (или цепной) передачи 20 электрогенератором 18 или от коленчато-шатунной передачи 4, 43, подсоединенной через шарнир 44 к штоку 42, возвратно-поступательно двигающему поршень (или мембрану) глубинного насоса. При ходе "вниз" шток 42 своим упором 45 сжимает пружину 41 на длину хода, в конце которого противодействующая сила упругости возрастает до величины, уравновешивающей силы тяжести подвешенных масс. Накопленная в пружине 41 сила упругости способствует затем подъему подвешенных масс вместе со столбом воды при ходе "вверх". Электрогенератор и насос при соответствующих условиях могут приводиться в движение одновременно.

Отключение - останов вращения ветроколеса осуществляется путем приведения лопастей 1 во флюгерное состояние. Для этого стопор 22 передвигается в зону вращения наконечника тормозного рычага 46 посредством передвижки соответствующей ветви тросика 24 рукояткой 27 или электромагнита 23 (подключенного к внешнему источнику или собственному электрогенератору - аккумулятору с возможностью автоматического срабатывания, например, от датчика наполнения резервуара, ветродатчика или просто от кнопки "останов"). Уперевшись в стопор 22, тормозной рычаг 46 прекращает вращение втулки 32 вместе с фрикционной катушкой 35. Поскольку ступица 2 с валом 3 продолжают вращаться, гибкие тяги - тросики 36 наматываются на фрикционную катушку 35 и, преодолевая упругость пружин 31, посредством рычагов 38, поворачивают лопасти 1. В момент упора рычагов 38 в опорные трубки скольжения 37 лопасти 1 поворачиваются до флюгерного положения. При дальнейшем вращении ветроколеса по инерции начинает проворачиваться фрикционная катушка 35 на заторможенной втулке 32. Обеспечению соответствующих сил трения способствует фрикционная прокладка 34 (например, резиновая). Таким образом происходит торможение до полной остановки ветроколеса.

В случае снабжения втулки 32 вместо фрикционной катушки 35 другими компенсаторами гашения инерции, например встроенной фрикционной муфтой или пружиной, торможение вращения ветроколеса до полной его остановки происходит за счет сил трения между фланцами 47 и 48 двух частей втулки 32 или скручивания пружины 56, упругость которой превышает суммарную силу упругости пружин 31 лопастей 1.

Включение лопастей 1 в рабочее положение производится путем освобождения тормозного рычага 46 от стопора 22. Для этой цели стопор 22 отодвигается в обратном направлении посредством передвижки соответствующей ветви тросика 24 рукояткой 27. В момент освобождения тормозного рычага 46 взведенные силой упругости пружин 31 лопасти 1 поворачиваются в рабочее положение. При этом гибкие тяги-тросики 36 сматываются с фрикционной катушки 35, а втулка 32 соответственно проворачивается вокруг вала 3. При наличии рабочего ветра ветроколесо начинает вращаться.

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано для механизации подъема воды из глубоких скважин, колодцев и выработки электроэнергии. Технический результат, заключающийся в повышении надежности включения-выключения ветролопастей, достигается за счет того, что в ветросиловой установке, содержащей вал со ступицей и поворотные лопасти, согласно изобретению, лопасти выполнены подпружиненными и прикреплены к ступице, на вал надета втулка, снабженная узлом торможения, компенсатором гашения инерции, выполненным в виде фрикционной катушки, или пружины, или фрикционной муфты, и гибкими тягами для поворота лопастей, причем втулка имеет участок для намотки тяг или крепления-надевания фрикционной катушки. 1 з.п.ф-лы, 5 ил.

1. Ветросиловая установка, содержащая вал со ступицей и поворотные лопасти, отличающаяся тем, что лопасти выполнены подпружиненными и прикреплены к ступице, на вал надета втулка, снабженная узлом торможения, компенсатором гашения инерции, выполненным в виде фрикционной катушки, или пружины, или фрикционной муфты, и гибкими тягами для поворота лопастей, причем втулка имеет участок для намотки тяг или крепления - надевания фрикционной катушки. 2. Ветросиловая установка по п.1, отличающаяся тем, что между концом втулки и ступицей имеется шайба.