Реле скорости ветра Российский патент 2022 года по МПК H01H35/06 H01H36/00 G01P5/06 

Изобретение относится к системам контроля скорости ветра и может быть использовано в ветроэнергетических и других промышленных установках для противоаварийной автоматики и предупредительной сигнализации.

Известно реле скорости ветра [1], принятое за прототип, содержащее анемометрическую вертушку, на гибком элементе которой закреплен магнит. При достижении установленной скорости ветра под действием центробежной силы магнит отклоняется до места крепления геркона и приводит к его срабатыванию.

Недостатком данного реле является то, что оно для блокировки замкнутого состояния контактов геркона требует наличия источника постоянного тока низкого напряжения, что в реальных условиях эксплуатации не всегда осуществимо. Геркон для самоблокировки окружен катушкой, затрудняющей приближение к нему магнита на достаточное для срабатывания контактов расстояние. Возврат реле в исходное состояние не происходит автоматически при снижении скорости ветра на определенную допустимую для защищаемого объекта величину и требует для осуществления возврата вмешательства оператора, т.е. характеристика вход-выход реле не обладает гистерезисом. Кроме того постоянное вращение воспринимающего ветер центробежного устройства ускоряет износ подшипников. Все это ухудшает эксплуатационные свойства реле.

Цель предполагаемого изобретения - повышение эксплуатационных свойств реле скорости ветра.

Эта цель достигается тем, что в реле скорости ветра, содержащем закрепленную на вертикальном валу анемометрическую вертушку, механически связанную с постоянным магнитом, взаимодействующим через магнитное поле с герконом, валу придана возможность осевого перемещения, поворот вертушки ограничен упорами в пределах угла Δϕ, асимметрично относительно оси вращения установлен связанный с вертушкой верхний шарнир, к которому прикреплена верхним концом наклонная стойка, нижний конец которой упирается в нижний шарнир, установленный в корпусе реле по направлению поворота верхнего шарнира, а магнит установлен на нижнем торце вала.

Схематично заявляемое реле скорости ветра изображено на фигуре 1.

Оно содержит закрепленную на вертикальном валу 1 анемометрическую вертушку 2, механически связанную с постоянным магнитом 3, установленным на нижнем конце вала и взаимодействующим через магнитное поле с герконом 4. При этом обеспечена возможность осевого перемещения вала во втулке 5, а поворот вертушки ограничен в пределах угла Δϕ упорами 6 и 7, установленными на корпусе 8 реле. Эксцентрично относительно оси вращения установлен связанный с вертушкой 2 верхний шарнир 9, к которому верхним концом прикреплена наклонная стойка 10. Второй конец стойки упирается в шарнир 11, установленный в корпусе 8 реле ниже плоскости поворота верхнего шарнира 9 по направлению его поворота.

Работает реле следующим образом. При скорости ветра ниже установленной вертушка под действием горизонтальной составляющей G веса P вертушки, действующей на верхний конец стойки 10, повернута в крайнее по часовой стрелке положение, ограниченное упором 7. Стойка по отношению к горизонтальной линии наклонена при этом на минимальный угол β₁, вертушка и связанный с ней магнит 3 опущены, магнит максимально приближен к геркону 4, контакты геркона замкнуты. Горизонтальная составляющая веса Р в этом положении

По мере увеличения скорости V ветра будет увеличиваться момент М, действующий на вертушку, пропорциональный квадрату скорости ветра. Пропорциональной квадрату скорости ветра будет при этом и сила F, действующая на верхний конец стойки в направлении противоположном действию силы G₁

F=kV²,

где k - коэффициент пропорциональности, Н⋅с² / м².

И, когда сила достигнет величины F₁ равной G₁ и несколько ее превысит, начнется поворот вертушки против часовой стрелки и, следовательно, увеличение угла β наклона стойки по отношению к горизонтали, а также увеличение тангенса этого угла. Тогда в соответствии с выражением 1 горизонтальная составляющая G веса Р вертушки, уменьшаясь, станет еще меньше силы F, что приведет к еще более быстрому повороту стойки и переходу ее скачком в положение 2. Вертушка и связанный с ней магнит поднимутся, контакт геркона разомкнется. В положении 2 сила F останется равной F₁, а сила G уменьшится до величины

.

Избыток F₁ над G₁ станет максимальным, что и предопределит устойчивое состояние реле в положении 2. Возврат стоек и реле в целом в положение 1 произойдет также скачкообразно, если при уменьшении скорости ветра сила F уменьшится до величины F₂, равной и несколько меньшей величины G₂. В этом положении магнит опустится и, воздействуя через магнитное поле, замкнет контакт геркона. В положении 1 горизонтальная составляющая G увеличится до величины G₁, а сила F останется равной F₂. В этом случае над F₂ будет преобладать горизонтальная составляющая веса вертушки, надежно удерживая систему в положении 1. Новое срабатывание реле произойдет при увеличении скорости ветра и увеличении F до величины равной или несколько большей G₁.

Следовательно, реле будет обладать гистерезисной характеристикой вход-выход. Срабатывание реле будет происходить при скорости ветра

,

а возврат при скорости

,

При этом коэффициент возврата реле

.

Как видим, пороги срабатывания и отпускания реле зависят от веса Р вертушки совместно с валом и магнитом и соответственно от углов β₁ и β₂ наклона стойки. Поэтому требуемые значения этих порогов могут быть установлены изменением указанных величин.

Таким образом, реле срабатывает при увеличении скорости ветра до опасной величины и остается в таком положении без дополнительных приспособлений и источников тока. Возврат в исходное состояние осуществляется автоматически, как только скорость ветра снизится до гарантированно допустимого уровня. При этом подвижность воспринимающего скорость ветра элемента реле по сравнению с реле, принятым за прототип значительно меньше, что повышает его износостойкость и долговечность. Этими особенностями и достигается выполнение поставленной задачи предполагаемого изобретения.

Источник информации

1. Патент RU №2093835 C1, кл. G01P 5/01 Реле скорости ветра / Матвеев В.В (RU), заявитель и патентообладатель Волгоградский государственный технический университет (RU). Заявка 95119094/28, заявлено 09.11.1995, опубл. 20.10.1997.

Устройство относится к средствам контроля скорости ветра и может быть использовано в ветроэнергетических и других промышленных установках для противоаварийной и предупредительной сигнализации. Сущность: устройство содержит вертикальный вал (1), выполненный с возможностью осевого перемещения. На валу (1) закреплена анемометрическая вертушка (2), поворот которой ограничен упорами (6, 7). На нижнем торце вала (1) установлен постоянный магнит (3), взаимодействующий через магнитное поле с герконом (4). Вертушка (2) механически связана с магнитом (3). Асимметрично относительно оси вращения вала (1) в корпусе (8) установлен связанный с вертушкой (2) верхний шарнир (9). Нижний шарнир (11) установлен в корпусе (8) по направлению поворота верхнего шарнира (9). К верхнему шарниру (9) прикреплена верхним концом наклонная стойка (10), нижний конец которой упирается в нижний шарнир (11). Технический результат: повышение износостойкости и долговечности устройства. 1 ил.

Реле скорости ветра, содержащее закрепленную на вертикальном валу анемометрическую вертушку, механически связанную с постоянным магнитом, взаимодействующим через магнитное поле с герконом, отличающееся тем, что валу придана возможность осевого перемещения, поворот вертушки ограничен упорами в пределах угла Δϕ, асимметрично относительно оси вращения установлен связанный с вертушкой верхний шарнир, к которому прикреплена верхним концом наклонная стойка, нижний конец которой упирается в нижний шарнир, установленный в корпусе реле по направлению поворота верхнего шарнира, а магнит установлен на нижнем торце вала.