Ротор ветросиловой установки Советский патент 1993 года по МПК B64C27/32 F03D1/06 

. Изобретение относится к конструкции установок, использующих энергию ветра.

Цель изобретения - повышение надежности и снижение весогабаритных характеристик.

Поставленная цель достигается тем, что каждый из шарниров втулки расположен в плоскости, перпендикулярной оси вала и связан с шарниром лопасти, размещенной относительно вала стороны втулки под углом, не более 90° к оси лопасти. Цилиндр расположен параллельно оси соответствующей лопасти. Шток установлен с возможностью поворота относительно своей оси и соединен с рычагом и последний соединен с лопастью посредством тяги.

На фиг.1 показана конструктивная схема ротора ветросиловой установки с поперечными шарнирами под углом 90f к оси лопасти.

На фиг.2 изображена схема ротора с поперечными шарнирами под углом 90° к оси лопасти.о,

На фиг.З представлено сечение А-А фиг.1.

На фиг.4 дано сечение Б-Б фиг.1.

На фиг.5 показана схема сил на роторе при осевом потоке.

На фиг.б дана схема сил на роторе при косой обдувке.

На фиг.7 изображена конструктивная схема втулки для ротора.

На фиг.З показан вид В фиг.7.

Ротор ветросиловой установки (фиг.1) состоит из ступицы втулки 1 с отверстием под вал 2 и лопасти 3 с осью 4, а также лопасти 5 с осью 6. Лопасти 3 и 5 присоединены к осевым шарнирам 7 втулки 1, а осевые шарниры 7 сопряжены со ступицей с помощью промежуточных звеньев 8. К осевым шарнирам 7 прикреплены рычаги управления шагом лопастей 9. Промежуточное звено 8 сопряжено со ступицей втулки 1 посредством шарнира с осью 10, лежащей в плоскости перпендикулярной оси отверстия под вал и расположенной под углом р к оси соответствующей лопасти. Угол равен 90°, т.е. ось шарнира 10 ортогональна оси 4 лопасти 3. Аналогично расположена и ось 11 для лопасти 5. Ось шарнире 10 относительно оси отверстия под валы расположена оппозитно лопасти 3

ел

с

00

00

ю VI

ротора. Точно так же расположена оппоэит- но лопасти 5 ось 11..

Оси 10, 11 могут быть (фиг.2) к осям лопастей 4, 6 расположены под углом pi, который меньше 90°. Т.о. эта оси расположены к соответствующим осям лопастей под углом ф 90°.

Шарниры с осями 10, 11 (фиг.З) в дальнейшем именуемые поперечными шарнирами, образованы, установленными в расточках 12 ступицы втулки 1, подшипниками 13 и цапфами 14 промежуточных звеньев 8.

К промежуточному звену 8 (фиг,4), к его вилке 15, цапфа 16 осевого шарнира 7 при- соединена, расположенными в расточках 17 цапфы 16, подшипниками 18, которые опираются на палец 19, установленный в проушинах вилки 15. Т.о. вилка 15, цапфа 16, подшипники 18 и палец 19 образуют шарнир, ось которого лежит в плоскости, проходящей через ось 6 лопасти 5 и ось отверстия под вал 2, параллельно оси отверстия под вал 2. В дальнейшем эти шарниры именуются продольными. Продольные шарниры расположены по одну сторону от отверстия под вал вместе с соответствующими лопастями.

При вращении ротора (фиг.5) в осевом потоке, имеющем скорость VCp, лопасти 3, 5 своими осями 4, 5 Относительно шарниров . 10, 11 втулки 1 с валом 20 устанавливаются под углом yi к плоскости вращения 21 под действием равнодействующих сил R, состоящих из центробежной силы лопасти Р и подъемной силы лопасти, направленной по оси 22 вала 20, Осевая сила на ротор YI, проходящая через ось поворота головки ротора 23, в этом случае момента относительно вертикальной о си 23 не дает.

При косой обдувке ротора (фиг.6), когда поток со скоростью направлен под углом а к оси 22 вращения ротора, лопасть 3 своей осыо 4 устанавливается под углом уг к плоскости вращения ротора 21, а лопасть 5 - под углом уз- Это происходит потому, что на лопасть 5 до этого в поперечной плоскости действовала большая аэродинамическая сила, а значит и сила подъемная на лопасти 5. От взмаха лопасти вверх относительно своего шарнира 11 угол у нее с плоскостью вращения увеличился. В этой же плоскости на лопасть 3 действовала меньшая подъемная сила, чем в положении фиг.5. Поэтому у нее угол с плоскостью вращения уменьшился. Равнодействующая этих подъемных сил на ось, т.е. осевая сила Y2, заваливается в сторону скорости скоса, сохраняя с лопастями равные углы /. Теперь Ya проходит на расстоянии Н, т.е. на плече, от оси поворота 23 головки ротора.

В силу того, что вынос поперечных шарниров обратный, то лопасть 3 и 5 становятся

длиннее своего размера до оси отверстия 2 или вала 20. Т.о. при действии на нее прежней возмущающей подъемной силы она будет отклоняться на меньшие углы, т.е. ее равнодействующая Y2 тоже будет завали0 ваться на меньшие углы, чем у роторов с прямым выносом поперечных шарниров, т.е. когда поперечные шарниры расположе- .ны с соответствующими лопастями на одной стороне от оси отверстия под вал 2. Мень5 ший завал Y2 определяет и значительно меньшее плечо Н до YI от оси 23. Соответственно на вал 20, а значит и на всю установку будет действовать заведомо меньший момент, равный YZ -Н в сравнении с рото0 ром, имеющим прямой вынос поперечных шарниров.

Втулка ротора (фиг.7) состоит из ступицы 23 с отверстием под вал 25, в расточках которой расположены цапфы поперечных

5 шарниров 26, выполненные за одно целое с

промежуточными звеньями 27. Промежу. точное звено 27 выполнено П-образной

формы. На части промежуточного звена,

противоположной цапфе 26, образован про0 дольный шарнир 28, т.е. шарнир с осью параллельной оси отверстия 25. Продольный шарнир 28 образован двумя взаимодействующими звеньями - промежуточным звеном „26 и цапфой осевого шарнира 29. Осевой

5 шарнир 29 снабжен узлом навески лопастей 30. В промежуточном звене 27, в его ригеле, выполнено продольное сверление 31 с осью, параллельной оси осевого шарнира 29. В расточке 31 на опорах, одна из которых

0 выполнена в промежуточном звене 27, а вторая образована втулкой 32, расположен вал 33. На валу 33 закреплен рычаг управления шагом лопасти 34, который пропущен через вырез в стенке промежуточного зве5 на. На конце вала 33, расположенном у осевого шарнира 29 размещена тяга 35, взаимодействующая с осевым шарниром 29. Точка 36 подсоединения тяги 35 к осевому шарниру 29 расположена в плоскости,

0 проходящей через ось 37 шарнира 28 и ось шарнира 29. Поперечный шарнир с цапфой 26 каждой лопасти расположен относительно оси отверстия 25 оппозитно продольному шарниру 28 и осевому шарниру 29.

5 На валу 30 (фиг.8) закреплен рычаг 38, а осевой шарнир 29 снабжен кронштейном 39, которым соединены между собой шарнирной тягой 37.

Работа ротора состоит в следующем. При действии на него набегающего потока - ветра, со скоростью Vc« ротор приходит во вращение. На его лопастях 3, 5 , появляется подъемная сила, дающая осевую силу YI проходящую через ось 23 пово- рота головки, т.е. ротора. При косой обдувке 5 под углом а равнодействующая подъемных сил лопастей 3, 5, т.е. осевая сила Y2 отклоняется и теперь действует на плече Ы от оси 23. Т.о. на вал 20 ротора, следователь- но на голову и всю установку действует мо- 10 мент, равный Y2-H. Этот момент дестабилизирует всю установку.

Работа втулки ротора заключается в следующем. При вращении центробежные силы, действующие на лопасть, через узел 15 .навески лопасти 30 передаются на осевой шарнир 29, а с него через продольный шарнир 28 эти усилия передаются на промежуточное звено 27. С промежуточного звена 27 усилия передаются через цапфу 26 попереч- 20 ного шарнира на ступицу 24 втулки. Аналогично передаются и перерезывающие силы .в плоскости вращения втулки и в плоскости тяги. Моменты от сил на лопасти поворачивают ее в плоскости тяги и в плоскости вра- 25 щения. При повороте лопасти в плоскости тяги осевой шарнир 29 втулки вместе с продольным шарниром 28 и промежуточным звеном27 все вместе поворачиваются относительно ступицы 24 в поперечном шарнире 30 втулки относительно оси цапфы 26. При по- вороте лопасти в плоскости вращения осевой шарнир 29 поворачивается в продольном шарнире 28 относительно промежуточного звена 27. Промежуточное зве- 35 но 27 при этом остается неподвижным. Для : изменения шага лопасти механизмом управления воздействуют на рычаг управле- н ия шагом лопасти 44, который приводит во вращение вал 30. Вал ЗЗ через рычаг 48 и 40 тягу 26 передает движение на кронштейн 39 осевого шарнира 29. При перемещении ры- . чага 39 узел навески лопастей 30 поворачивается относительно оси шарнира 29, изменяя углы установки лопасти. Т.о, втулка 45 позволяет лопасти вращаться относительно трех осей. Относительно оси осевого шар- . нира 29 для изменения шага лопасти при , управлении им, а также относительно оси параллельной оси вращения вала втулки и ВО относительно оси перпендикулярной первым двум. Т.е. втулка снабжена, по существу, тремя шарнирами. Осевым- расположенным по оси лопасти. Продольным - параллельным оси вращения втулки 55 и всего ротора. Поперечным - перпендикулярным осевому и продольному шарнирам. Только осевой, т.е. шарнирный момент лопасти воспринимается втулкой. Остальные

два момента - продольный и поперечный ею не воспринимаются, т.к. их практически на лопастях ротора, на роторе не сущесУвует. В силу того, что направление ветра практически никогда не совпадает с осью вращения втулки, с осью ротора, то на втулке существуют и моменты, в частности, относительно оси параллельной осям поперечных шарниров и проходящей через ось отверстия 25, т.е. моменты относительно поперечных шарниров. Т.к. вынос поперечных шарниров выполнен обратным, то величина этих моментов, действующих через втулку на ротор ветродвигателя будет незначительной. Ось рычага 24 может проходить по оси параллельной оси цапфы 26 и проходящей через ось отверстия 25 или расположенной между осью отверстия 25 и осью 37 продольного шарнира 28. Вместе с тем рычаг 34 может быть расположен между осью отверстия 25 и осью цапфы 26. Предельным случаем является расположение рычага 44 на оси цапфы 26. При движении лопасти, следовательно, и промежуточного звена 27 с шарниром 29 относительно поперечного шарнира углы установки лопасти изменяться не будут. Во всех остальных случаях при взмахе лопасти по ветру имеем уменьшение углов установки лопасти, а при взмахе лопасти на ветер имеем увеличение углом установки лопасти. Т.о. колебания лопасти будут демпфироваться аэродинамическим способом, т.о. будет отсутствовать увеличение углов взмаха, т.е. лопасть не сможет войти в резонанс и разрушаться. Направление вращения втулки имеет место рычагами 44 впереди шарниров 29. При колебаниях лопасти относительно продольного шарнира 28 при движении лопасти по направлению вращения углы установки лопасти будут увеличиваться. А при движении лопасти против направления вращения углы установки лопасти будут уменьшаться. В результате этого будет изменяться сопротивление лопасти, т.е. будем снова иметь аэродинамическое демпфирование колебаний лопасти.

Форму л а изобретения Ротор ветросиловой установки, содержащий вал с размещенной на нем ступицей, узлы крепления лопастей и промежуточные звенья, каждое из которых соединено одним концом со ступицей посредством шарнира, а другим концом - с узлом крепления лопастей посредством осевого шарнира, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и снижения массы габаритных характеристик, каждый шарнир ступицы расположен оппозитно присоединенной к нему лопасти относительно оси на под углом к продольной оси этой лопасти, вала, а продольная ось шарнира расположе- не превышающим,90°.

3

Фиг

te.2

8 «

ФигЗ

79 (Dua f

Гсо

Ф«2. 5

Фш.6

29

Фие.0