Многолопастное ветроколесо Советский патент 1992 года по МПК F03D1/06 

Изобретение относится к ветряным двигателям и предназначено для энергоснабжения потребителей.

Известен двухлопастной ветроагрегат АВЭ-4-6 ГОСТ 2656-82 (Я.И.Шефтер. Использование энергии ветра. М.: Энергоатомиздат, 1983, с.102), в котором каждая лопасть имеет аэродинамический профиль с малым коэффициентом заполнения ометае- мой поверхности. Лопасти установлены с возможностью поворота вдоль своей продольной оси.

Недостатком данного ветроагрегата является невозможность эффективной работы в районах со слабыми и умеренными среднегодовыми скоростями ветра вследствие малости аэродинамического рабочего момента на ветроколесе.

Известно многолопастное ветроколесо, образованное жестко установленными на ступице лопастями (Заявка ФРГ № 315620, кл. РОЗ В 1/06, 1983).

Недостатком такого ветроколеса является невозможность сброса избыточной мощности поворотом лопастей, что приводит к недостаточной надежности многолопастного ветроколеса

Цель изобретения заключается в повышении КПД и надежности многолопастного ветроколеса и ветроагрегата в целом.

Сущность изобретения заключается в том, что поворотом частей разрезной ступицы достигается поворот лопастей многолопастного ветроколеса. при этом отпадает необходимость выполнять каждую лопасть поворотной, а достаточно двух поворотных частей ступицы.

Таким образом при минимальном числе подвижных соединений в ветроколесе достигается поворот всех лопастей многолопастного ветроколеса, при этом отпадает необходимость в многочисленных поворотных узлах лопастей, что упрощает, облегчает и повышает надежность ветроколеса и ветроагрегата в целом Кроме того, достигается возможность снижения сил лобового давления на ветроколесо, центробежных нагрузок на лопасти ветроагрегата, ограничение частоты вращения ветроколеса и величины аэродинамического рабочего момента. Поворотом частей ступицы регулируется величина фронтальной и боковой парусности ветроколеса, что позволяет эффективно использовать ветроколесо для

со

с

XI О

Ю XI

ю

самоориентации на ветер. Остановка и сброс лотового давления на ветроколесе может достигаться путем поворота частей ступицы (и соответственных лопастей вет- роколеса) ребром к набегающему потоку параллельно валу ветроколеса.

Впервые становится возможной стабилизация частоты вращения ветроколеса с большим числом лопастей без увода ветроколеса из-под ветра и без поворота каждой лопасти в отдельности.

Вследствие вышесказанного достигается повышение надежности многолопастного ветроколеса и ветроагрегата в целом, а также упрощение конструкции и повышение качества производимой электроэнергии в случае, когда нагрузкой служит электрогенератор.

Отличительным признаком настоящего предложения является наличие разрезной ступицы с поворотными частями, что позволяет:

осуществить одновременный поворот всех лопастей при минимуме подвижных соединений;

изменять фронтальную и боковую парусность ветроколеса для самоустанова на ветер и сброса избыточного лобового давления.

Совокупность введенных связей позволяет обеспечить достижение поставленной цели.

На фиг.1 показано ветроколесо с подветренной стороны; на фиг.2 - ветроколесо, вид сверху; на фиг.З - вид по стрелке А на фиг,1 (кинематическая зубчатая коническая связь между поворотными частями разрезной ступицы).

Многолопастное ветроколесо (фиг.1, 2) образовано радиальными лопастями 1, жестко связанными с поворотными частями 2 разрезной ступицы (число лопастей 1 превышает число поворотных частей 2). Каждая поворотная часть 2 шарнирно установлена на валу ветроколеса 3 на радиальных осях. Вал 3 связан с поворотной головкой 4 ветроагрегата. К каждой поворотной части 2 жестко крепятся центробежные грузы. Каждая поворотная часть 2 (фиг.2) снабжена зубчатыми коническими колесами 8, входящими в зацепление с зубчатым колесом б, которое установлено на валу 3 и подпружинено относительно него пружиной кручения 7.

Многолопастное ветроколесо работает следующим образом В пусковом положении пружина 7 через зубчатые колеса 6, 8 (фиг.З) отжимает каждую поворотную часть 2 (фиг.2) в положение I, которое соответствует пусковому углу установки лопастей 1 Наличие кинематической связи между поворотными частями 2 обеспечивает их синхронный поворот на одинаковые углы. В

положении I ветроколесо имеет повышенную боковую парусность, что облегчает самоориентацию ветроколеса на ветер беа использования хвостового флюгера с консольным вылетом. При ветре 2,6 ..3 м/с ветроколесо приходит во вращение.

Во время разгона ветроколеса возрастают центробежные силы, действующие нг центробежные грузы 5, при этом грузы 5 стремятся стать в плоскость вращения ветроколеса, и преодолевая усилие предварительно закрученной пружины 7, поворотные части 2 переходят в положение II, которому соответствуют номинальные рабочие угль установки лопастей 1. В этом режиме ветроколесо работает с максимальным значением коэффициента использования энергии ветра. При усилении скорости ветра выше 10...13 м/с несколько возрастает частота вращения ветроколеса и возросшие центре

бежные силы, действующие на центробежные грузы 5, переводят ветроколесо Е положение III, которому соответствуют от рицательные углы установки лопастей 1, чтс приводит к сбросу избыточной мощности I/

стабилизации частоты вращения ветроколе са (на фиг.2 изображены положения I, II, III относящиеся к верхней поворотной части 2) При буре для остановки ветроколеса доста точно повернуть каждую из частей 2 на 90

параллельно валу 3. В этом положении вет роколесо устойчиво к буре и не обладает крутящим моментом. Этот аварийный пово рот можно осуществлять вручную или авто матически посредством условно не

показанного приводного механизма. Формула изобретения

1.Многолопастное ветроколесо, содер жащее лопасти, закрепленные на ступице связанной с горизонтальным валом,о т л и

чающееся тем, что, с целью увеличена КПД и повышения надежности, вал cнaбжe радиальными осями, ступица выполнена i виде кинематически связанных частей, каж дая из которых установлена на соответству

ющей оси с возможностью поворот; относительно последней и снабжена цент робежными грузами, причем лопастей боль ше, чем частей ступицы,

2.Ветроколесо по п.1, отличающее с я тем, что кинематическая связь частеь

ступицы выполнена в виде зубчатой кони ческой передачи, одно из колес KOTOPOI установлено на валу и подпружинено отно сительно него.

Z 3(b

Использование: преобразование энергии ветра в электрическую. Сущность, при повороте частей ступицы 2 под действием центробежных грузов 5 происходит изменение углов установки всех лопастей 1, что позволяет регулировать боковую и фронтальную парусность ветроколеса, осуществлять пуск, сброс избыточной мощности и ограничение частоты вращения ветроколеса. 3 ил.

t гпФ

S/.6 19/. I

ffulA,

(увеличено)

6

Фиг.З