Ротор ветроэнергетической установки Советский патент 1993 года по МПК F03D7/02 

Изобретение относится к конструкции установок, использующих энергию ветра.

Целью изобретения является снижение уровня переменных напряжений от гравитационных сил.

Поставленная цель достигается тем, что втулка снабжена дополнительными шарнирами, расположенными между отверстием под вал и осевыми шарнирами, в плоскости последних и перпендикулярно их осям, кроме того, втулка снабжена пружинными тягами или демпферами и осевые шарниры дополнительно связаны со ступицей посредством последних.

В последующем изложении изобретение иллюстрируется чертежами на фиг. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7. 8.; ..

На фиг. 1 показана конструктивная схема ротора ветроэнергетической установки.

На фиг. 2 изображено место А фиг. 1 при осях дополнительных шарниров параллельных оси вала.

На фиг. 3 представлено место А фиг. 1 при осях осевых шарниров, расположенных под углом к плоскости ротора.

На фиг. 4 показан ротор в плане с пружинными тягами или демпферами.

На фиг. 5 изображено положение лопастей ротора при дополнительных шарнирах, расположенных в вертикальной плоскости, исходное положение.

На фиг. 6 показано положение лопастей после поворота на 90° от исходного.

На фиг. 7 представлено положение лопастей при повороте ротора на 180° от исходного.

На фиг. 8 дано положение лопастей при повороте ротора на 270° от исходного.

Ротор ветроэнергетической установки (фиг. 1) состоит из втулки 1, осевых шарниров 2 и лопастей 3, прикрепленных к осевым шарнирам.

В ступице втулки 1 (фиг. 2) выполнены расточки 4, расположенные под углом ft к

СО

С

00

00

Jb.

00

ел

плоскости вращения ротора. В расточки 5 поставлены пальцы 5, на которых через подшипники 6 размещены цапфы 7 осевых шарниров 2. Ступица втулки 1 с пальцем 5, подшипниками 6 и цапфой 7 образуют цилиндрический шарнир. Ось 8 цилиндрического шарнира или ось расточки 4 лежит в плоскости, проходящей через плоскость вращения ротора 9 и ось 10 отверстия ступицы втулки 1 под вал. Ось 8 может быть параллельна оси 10 или ортогональна плоскости 9. Кроме того, ось 8 может быть перпендикулярна оси осевого шарнира 2, например, если осевой шарнир 2 расположен под углом к плоскости вращения ротора 9. Тогда угол /3 будет меньше 90°. Т.о. угол fi 90°.

Вместе с тем при расположении цапфы 11 (фиг. 3) осевого шарнира 2 под угло.м у к плоскости вращения ротора 9 ось шарнира 8 может быть и в этом случае параллельной оси отверстия ступицы втулки 1.

Цапфа 7 (фиг. 4) осевого шарнира 2 выполнена с кронштейнами 12, которые со ступицей втулки 1 сопряжены, например, пружинными тягами или демпферами 13, 14 через цилиндрические шарниры 15.

1.к. между действием силы и перемеще-. нйем существует сдвиг по фазе на угол я/2, т.е. на угол 90°, то при вращении ротора (фиг. 5) с угловой скоростью (г), когда шарниры лопастей 16 с осями 8, в дальнейшем именуемые продольными шарнирами, расположены на вертикали, лопасти 3 под действием гравитационных сил отклонены на угол д вправо от вертикали.

При дальнейшем вращении (фиг. 6), когда продольные шарниры 16 занимают горизонтальное положение, то лопасти 3 под действием гравитационных сил располагаются по горизонтали.

При продолжении вращения (фиг. 7), когда лопасть из верхнего положения переходит в нижнее положение, т.е. когда продольные шарниры 16 вновь располагаются на вертикали, лопасти вновь отклонены под действием гравитационных сил вправо от вертикалу на угол р.

Далее при вращении (фиг. 8), когда продольные шарниры лопасти 16 вновь расположены на горизонтали, лопасти 3, точнее их оси, также расположены на горизонтали. Т.о. при вращении ротора при действии на лопасти 3 максимальной поперечной силы от гравитации (фиг. 6, 8), т.е. когда силы гравитации лопастей 3 дают максимальные моменты относительно продольных шарниров, перемещение лопастей 3 относительно шарниров 16 отсутствует. Когда же этот момент становится минимальным, практически равным нулю, имеем и максимальное перемещение лопастей (фиг. 5,7), При этом лопасть 3 от положения фиг. 8 замедляет

свое движение и при вертикальном положении фиг, 5 отстает на угол 6 , а затем ускоряет свое движение, проходя через нуль фиг. 6, и опережает на угол р фиг. 7. После чего начинает вновь замедление, про

ходя через нуль фиг. 8 и т.д. Т.е. за один оборот лопасть совершает одно колебание под действием гравитационных сил. Ввиду того, что на лопасти будет действовать еще и центробежная сила, то эти углы будут незначительными. Т.е. при вращении лопасть 3 совершает колебательное движение относительно своего продольного шарнира 16 в поле центробежных и гравитационных сил. Работает ротор ветроэнергетической

установки следующим образом. Под действием потока воздуха - ветра, лопасти 2 ротора со втулкой 1 приходят во вращение. . При этом на лопастях появляется тянущая сила в плоскости вращения ротора и подъемная сила, направленная по оси 10 втулки 1. В поле центробежных сил и гравитационных сил лопасти 3 имеют возможность перемещаться и совершают, поэтому, колебательные движения. Момент от гравитационных сил на комли лопастей совершенно не действует, т.к. теперь момент у комля лопасти 3 равен нулю. На шарнир 16 действует только перерезывающая сила от грави- тационных нагрузок на лопасть. При

недостаточной центробежной силе углы колебаний могут быть уменьшены постановкой пружинных тяг 13, 14. В этом случае появится момент в комлях от действия пружинных тяг, но он будет несравненно меньшим момента от гравитационных сил на комель лопасти без шарнира 16. Для роторов больших размеров, порядка 15-18 метров и более, лучшим решением будет постановка гидравлических демпферов вместо пружинных тяг. Дёмпферы будут рассеивать энергию колебаний и тем самым гасить амплитуду, т.е. уменьшать а мплитуду колебаний лопасти.

Формула изобретения

1. Ротор ветроэнергетической установки, содержащий лопасти с рычагами управления их шагом, втулку со ступицей, имеющую отверстие под вал, и осевые шарниры, связывающие последнюю с лопастя5 MMi отличающийся тем, что, с целью снижения уровня переменных напряжений от гравитационных сил, втулка снабжена дополнительными шарнирами, расположен: ными между отверстием под вал и осевыми /

шарнирами в плоскости последних и перпендикулярно к их осям.

2. Ротор по п. 1,отличающийся тем, что втулка снабжена пружинными тягами или демпферами и осевые шарниры дополнительно связаны со ступицами посредством последних.

Использование: в конструкциях установок, использующих возобновляемые энергоресурсы. Сущность. Ротор ветроэнергетической установки состоит из втулки с осевыми шарнирами и лопастей. В ступице втулки выполнены расточки. В расточки поставлены пальцы, на которых через подшипники размещены цапфы осевых шарниров. Ступица втулки с пальцем, подшипниками и цапфой образуют цилиндрический шарнир. Ось цилиндрического шарнира лежит в плоскости, проходящей через плоскость вращения ротора и ось верстия под вал ступицы. Ось может быть параллельна оси или перпендикулярна оси осевого шарнира. Цапфа осевого шарнира выполнена с кронштейнами, которые со ступицей втулки српряжены пружинными тягами или демпферами через цилиндрические шарниры. 1 з.п.ф-лы, 8 ил.

Фг/Ј L

i

(5 13

XXYXXXXX 1Фиг. 5.

ХУУХХХХХ

Фиг. 7.