ВЕТРОДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2006 года по МПК F03D3/00 

Изобретение относится к ветроэнергетике и предназначено для применения в местностях с невысокими скоростями ветра. Данная конструкция позволяет повысить надежность ветродвигателя при буревых ветрах.

Известен ветряной агрегат (патент РФ №2070659, кл. F 03 D 3/02, 7/06, 1994), 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. Зубчатые передачи для эффективной работы требуют регулировки зацеплений и постоянного наличия смазки в контактах, что значительно усложняет конструкцию, повышает ее стоимость и снижает надежность. Также данные передачи значительно повышают инертность всей конструкции во вращательном движении, что снижает ее эффективность при малых скоростях ветра. 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 вертикальный поворотный вал с траверсами, на которых с возможностью поворота установлены валы лопастей, причем поворотный вал и валы лопастей снабжены звездочками, которые связаны цепными 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 ветродвигателе, содержащем вращающуюся в неподвижном корпусе раму, на которой с возможностью вращения установлены валы с жестко закрепленными на них лопастями и поворотный вал, причем поворотный вал и валы лопастей снабжены звездочками со ступицами, которые связаны цепными передачами с постоянным отношением угловых скоростей 2:1, согласно изобретению, на поворотном валу жестко закреплен флюгер, половина звездочек поворотного вала установлены с возможностью поворота на 180°, а в ступице выполнена продольная прорезь, 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 на подшипниках 2 установлен вал 3 поворотной рамы 4 ветродвигателя. Внутри вала 3 на подшипниках 5 установлен поворотный вал 6. На валу флюгера 6 жестко закреплены флюгер 7 и звездочка 8 цепной передачи. Также на поворотном валу 6 с возможностью поворота на 180° установлена поворотная звездочка 9 цепной передачи, имеющая продольную прорезь 10 в ступице 11. На раме 4 в подшипниках 12 установлены валы 13 с жестко закрепленными на них звездочками 14, 15 и лопастями 16, 17. Поворотная звездочка 9 связана со звездочками 14 цепью 18 с постоянным отношением угловых скоростей 2:1 (от звездочки 9 к звездочкам 14). Неподвижная звездочка 8 поворотного вала 6 аналогично связана со звездочками 15 при помощи цепи 19. Внутри поворотного вала 6 установлен шток 20, палец 21 которого входит в винтовую прорезь 22 поворотного вала 6. В нижней части шток 20 через поворотно установленную шлицевую втулку 23 связан с валом 3 и входит в подшипники 24. На шлицевой втулке 23 жестко закреплен стопор 25. В корпусе 1 жестко установлены концевые выключатели 26, 27. Привод поступательного движения выполнен в виде мотор-редуктора 28, у которого роль подвижного исполнительного элемента выполняет гайка 30, входящая в зацепление с винтом 29, жестко закрепленным на выходном валу мотор-редуктора 28. От вращения гайка 30 удерживается выступами 31, входящими в прорези корпуса 1. Гайка 30 через втулку 32 жестко связана с наружными кольцами подшипников 24. Также на корпусе 1 установлен датчик скорости ветра 33.

Рассмотрим функционирование ветродвигателя на примере четырехлопастной конструкции.

В рабочем положении при скорости ветра v, не превышающей критическую ν_кр (ν≤ν_кр), рама 4 ветродвигателя (фиг.4) вращается за счет разности лобового сопротивления лопастей набегающему ветровому потоку против часовой стрелки с некоторой угловой скоростью ω. Шток 20 находится в крайнем нижнем положении. Его палец 21 через винтовую прорезь 22 поворотного вала 6 и продольную прорезь 10 в ступице удерживает поворотную звездочку 9 в положении, при котором лопасти 16 и 17 ветродвигателя поворачиваются относительно корпуса с угловой скоростью ω/2, занимая наиболее выгодное положение по отношению к ветровому потоку. Ориентацию звездочек 8 и 9, установленных на поворотном валу 6, по отношению к ветровому потоку обеспечивает флюгер 7.

При превышении скорости ветра ν критической величины ν_кр (ν>ν_кр) по сигналу от датчика скорости ветра 33 включается мотор-редуктор 28, перемещая при помощи гайки 30 шток 20 вверх внутри вала флюгера 6 до тех пор, пока питающая цепь мотор-редуктора 28 не разомкнется конечным выключателем 26. При этом осуществляются два действия:

1) палец 21 штока 20 через винтовую прорезь 22 поворотного вала 6 и продольную прорезь 10 в ступице разворачивает поворотную звездочку 9 на 180°, разворачивая через цепную передачу лопасти 15 на 90° по ходу движения (на фиг.5 штриховыми линиями показано положение лопастей 16 при рабочем положении ветродвигателя),

2) вал 3 поворотной рамы 4 ветродвигателя фиксируется относительно поворотного вала 6 при помощи стопора 25, упирающегося в замок, выполненный в стенке поворотного вала 6.

При этом лопасти ветродвигателя занимают постоянные симметричные положения под углами ±22,5° по отношению к направлению ветрового потока, что обеспечивает значительное снижение аэродинамического сопротивления всей конструкции.

При уменьшении скорости ниже критического значения по сигналу от датчика скорости ветра 33 реверсируется мотор-редуктор 28, опуская при помощи гайки 30 шток 20 вниз до тех пор, пока питающая цепь мотор-редуктора 28 не разомкнется конечным выключателем 27. При этом размыкается связь вала 3 поворотной рамы 4 ветродвигателя с поворотным валом 6 и лопасти 16 возвращаются в рабочее состояние, после чего ветродвигатель начинает обычное функционирование.

Таким образом, за счет обеспечения автоматической ориентации лопастей по ветру, а также фиксации рамы ветродвигателя относительно флюгера с уменьшением парусности всего ветродвигателя достигается повышение надежности всей конструкции.

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 предохранения ветродвигателя от перегрузок при буревых ветрах. Ветродвигатель содержит вращающуюся в неподвижном корпусе раму, на которой с возможностью вращения установлены валы с жестко закрепленными на них лопастями и поворотный вал, причем поворотный вал и валы лопастей снабжены звездочками со ступицами, которые связаны цепными передачами с постоянным отношением угловых скоростей 2:1. На поворотном валу жестко закреплен флюгер, половина звездочек поворотного вала установлены с возможностью поворота на 180°, а в ступице выполнена продольная прорезь, 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. 5 ил.

Ветродвигатель, содержащий вращающуюся в неподвижном корпусе раму, на которой с возможностью вращения установлены валы с жестко закрепленными на них лопастями и поворотный вал, причем поворотный вал и валы лопастей снабжены звездочками со ступицами, которые связаны цепными передачами с постоянным отношением угловых скоростей 2:1, отличающийся тем, что на поворотном валу жестко закреплен флюгер, половина звездочек поворотного вала установлена с возможностью поворота на 180°, а в ступице выполнена продольная прорезь, 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.