Регулирующее устройство для ветродвигателей Советский патент 1935 года по МПК F03D7/04 

Известны ветродвигатели, у которых поворот лопастей, е целью регулирования, производится сжатым воздухом, Бездействующим на поршень отдельного цилиндра, связанный с лопастью. В предлагаемом регулирующем устройство для ветродвигателей применен регулятор давления, на поршень которого воздействует отдельный вотряк и который при посредстве сервомотора и соответствующей передачи поворачивает крыло ветродвигателя.

На чертеже фиг. 1 изображает вид ветродвигателя сбоку; фиг. 2-то же спереди; фиг. 3-раочес ьетровое колесо - поперечный разрез; фиг. 4-то же, вид спереди; фпг. 5- втулку колеса-вид спереди; Фиг. 6-то же, поперечный разрез; фиг. 6. 6, 6 -крыло и его детали; фиг. 7-вспомогательное ветровое колесо для регулировки ветродвигат; ля- вид сбоку;фиг.8-схему регулирующего органа; фиг. 9-схему рехулятора давление; фиг. 10 и 11-различные положения регулирующего оргапа и крыла ветродвигателя.

Чертеж изображает ветродвигатель предлагаемой системы, сконструированный для частного случая задания: мощность ЙООО кет, генератор синхронный, число оборотов ветрового колеса 20, генератора-500. Диаметр ветрового колеса до 80 .«. Высота центра ветрового колеса над поверхностью земли около 60 м.

При Работе ветродвигателя с синхронным генератором число оборотов ветрового колеса должно быть постоянным. Так как число оборотов ветрового колеса зависит от весьма переменной силы ветра, ,могущей, вне нашего контроля, дать энергии и недостаточно для полной нагрузки генератора, и гораздо более, чем нужно, то н основной регулятор ветродвигателя должен действовать в прямой зависимости от силы ветра в данный момент.

Требуется, следовательно, такая конетрук цня регулятора, которая, находясь под непосредственным воздействием ветра, воспринимала бы все изменения его режима, превращая их в соответствующие обстановке передвижения, и выполняла бы эти передвижения, изменяя в нужные моменты угол установки крыльев таким образом, чтобы нагрузка, ветряка максимально возможной, не превосходящей однако допустимого предела.

Таким образом это регулирование предполагает палпчие двоякого рода механизмов: механизма, воспринимающего импульсы ветра и дающего передвижения, т. е.механизмаприемника н механизма-исполнителя, фатг.тически осуществляющего работу по регулировке (сервомотора).

Конструлця; -гфыльев должна быть такой, чтобы манипуляции с ними во время регулирования не зависели от состояния погоды (гололедица, изморозь) и требовали м:и имального на себя расхода мощности. Помимо этого все ионструктивные элементы и прпспособления регулирую|Ц11Х мехаиизмов должны быть максима.яьно просты и действовать безотказно.

Все эти требования автор г, пытается осуществить в предлагаемой конструкции ьетрового колеса и регулятора, работающего в зависимости от силы ветра.

Ветродвигатель (фиг. -1 и 2) в основном состоит из рабочего ветрового ко.теса, установленного на решетчатой железной башне.

Ветровое колесо, сидящее на стальном пустотелом валу, соединяется при посредстве муфты с повышателем скорости п далее с синхронным генератором.

Головка ветродвигателя опирается на башню и на ней поворачивается при посредстве катков, двигающихся по круговому рельсу.

удерживаясь хвостовым придатком, входящим: внутрь башни.

Два круговых пояса этого придатка; концентричные соответственным поясам в башне, удерживают головку двигателя в правильном но отношению к башне положении при посредстве системы вертикальных роликов,

Установка головки ветродвигателя на ветер производится при посредстве двух электромоторов, установленных в ук-азанном 1.ыше хвостовом придатке и находящихся в сцеплении с круговой рейкой роликового типа, укрепленной на башнеОсновное управление работой ветродвигателя производится от механизма-приемника, ветровое колесо л которого вынесено вперед от центра рабочего ветрового колеса на значительное расстояние (в данной конструкции около 15 -ч) для того, чтобы этот механизм получал импульсы от ветровой среды, по возможности, в условиях ее естественного состояния.

Механизм-приемник имеет своей осноиной задачей обеспечение возможности устойчивой работы ветродвигателя в системе других электростанций.

Рабочее ветровое колесо (фиг. 1 и 2) представляет собой компактный механизм, впо.ше защищенный от воздействия непогоды, v. состоит в основном из втулки (обоймы) ветрового колеса, несущей на себе четыре крыла, шарнирно с ней связанные, и кронштейна « ветр|)вым колесом л.

В предлагаемой конструкции втулка для удобства изготовления выполняется из четырех частей, связанных между собой болтами и стальными кольцами. Во втулке размещены две системы шариковых подшипников и четыре пневматических сервомотора , четырех цилиндрических пружины 6 (фиг, 5 и 6).

Все четыре крыла жесткого типа, в которых лопасти и корневая часть представляют собой одно общее неразъемное целое (фиг. 6- 6).

Крылья укреплены во таким образом, что каждое из них може г свободно вращаться вокруг своей продольной оси.

Крыло состоит из лопасти ц, переходной части X и корневой части ш, соединенных между собой жестко таким обр;.зом, что все крыло представляет собой одно целое. Корневой своей частью крыло соединяется со втулкой колеса при посредстве двух систем шарикоподщйпников, из которых наружная б (фиг. 6) воспринимает на себя осевое давление и центробежные силы, а система внутренних подшипников г воспринимает вес крыла и радиальное давление. На корпевой части каждого крыла у внутренней его опоры жестко закреплен двуплечий рычаг д, при посредстве которого пневматический сервомотор воздействует на крыло. Рычиг этот шарнирно соединен одним концом со штоком поршня сервомотора, а другим - с цилиндрической пружиной, противодействующей поршню.

Лопасть крыла сконструирована из поперечных первюр и продольных листов волнистого железа: лонжероны, таким образом, отсутствуют, Ло и астн крыла снабжены рулями и.

обеспечвающими легкость маневрирования крылом в процессах регулирования работы двигателя.

Сервомотор у представляет собой комбинацию из пневматического цилиндра, питаемого сжатым воздухом с давленне.м от одной до десяти атмосфер и цилиндрической пружины ф, работающей на сжатие в то время, когда цилиндр находится под давлением. По мере понижения давления под поршнем, последний под воздействием пружины возвращается в свое исходное положение. Конструктивно пневматический цилиндр и пружина осуществлены в виде четырех идентичных ycTpoiicTB, из которых каждое обслуживает одно крыло (фиг. 5), Все четыре цилиндра системы связаны общим воздухопроводом, соединяющим их с резервуаром сжатого воздуха, питаемого небольшим компрессором (фнг. 9) мощностью до 10 лош. сил. Компрессор находится в постоянном соединении с валом генератора.

Аппарат, осуществляющий регулирование работы ветродвигателя, состоит из следующих частей: небольшого (диаметром около 2 м} ветрового колеса л многолопастного типа (фиг, 7), вынесенного по возможности далеко .вперед от ветродвигателя для восприятия имп льсрв ветровой среды, еще не деформированной воздействием рабочего ветрового колеса. Это колесо через посредство вала 9, проходящего сквозь поддерживающий его трубчатый вал /2 ветряка, и далее сквозь полость главного вала, связано с цилиндрической прулснной м, работающей на сжатие. Кулак я сидит на свободном конце вала 9 фиг. 7-9).

Далее на фиг. 8 показан рогуля юр 7-, 1-6 давления и рычаг о, соединяющий кулак н с регулятором.

Схема увязки всей системы представлена на фиг. 9, на которой сделаны следующие обозначения: ..-г-ветровое колесо (отдельное), пружина, я-его кулак, о-рычаг передачи от кулака к регулятору давлеН1Ш, п-регулятор давления, р-компрессор, с- резервуар со сжатым воздухом, « -центробелгный регулятор, з-пневматический сервомотор, 9 -пружина к сервомотору, ч-крыло, ч-воздухопровод.

Роль регулятора давления состоит в том,, чтобы пропускать к цилиндрам сервомоторов воздух такого давления, какое требуется в данный момент, В соответствии с этим, действие его происходит следующим образом.

Если ветра нет или он очень слаб, то кулак, рычаг, щток регулятора, его золотник 1 и клапан 7 находятся в положении, изображенном на фиг. 8. При посредстве трубопровода верхняя полость регулятора находится в прямом соединении с резервуаром с сжатого воздуха и, следовательно, под полным давлением. Средняя полость 15 цилиндра регулятора имеет сообщение с атмосферой, и так как клапан 7 закрыт, то в полости 1д, трубопроводе / и в цилиндрах сервомоторов-всюду давление равно атмосферному. Поршни цилиндров находятся в своем исходном положении, крылья-в нерабочей позиции н двигатель

HJTOHT (фиг. 10); на этой фигуре через j обозначена плоскость вращения ветряка.

Если ветер достиг сиорости, при которой двигатель мож(.г уже тронуться с места, то колесо л и кулак и повернуты на некоторый угол (фаг.11). Правый конец рычага о отведен гшиз, шток золотника регулятора п приподнялся и открыл клапан. Сжатый воздух начал поступать в среднюю полость, гдо устанавлнваотся давление, зависящее от соотношеиия степени: открытия как клапана, так и отвер-стия, сообщаюп.;его среднюю полость с итмос()ерой. Поршень сервомотора у, преодолев лружину. поднимется и повернет крыло па некоторый угол, переведя его в рабочее положение; двигатель начинает работу.

Но мере возрастания ветра угол поворота колеса л давление в цилиндрах сервомотора и установки крыла па, ветер увелич1тваются, двигатель забирает па себя нагрузку.

При ветре, равном установочному, крыло имеет наийыгодпейший угол атаки и ьетродвигатель развивает полную свою мощность. .Давление в камере 1д ниже Ш атмосфер.

При дальнейшем возрастании угла поворота ветрового колеса л сервомотор уже начинает выводить крыло из-под ветра в такой мере, чтобы в дальнейшем мошность ветряка оставалась постоянной.

При достижении силы ветра определенной величины, которая копструктивно фиксируется как предельная для данного ветряка, золотник закрывает отверстие, сообщающее среднюю полость цилиндра регулятора с атмосферой. JtJ полости этой, а следовательно; и в цилиндрах сервомотора устанавливается предельное давление, равное 10 атмосферам. Поршни переводят крылья в нерабочее положение, и двигатель останавливается (фиг. llJ; на этой фигуре через х обозначена плоскость враш,ения колеса. При этом вступают в действие приспособления (защелка, храповик и т. д.), которые твердо фиксируют выведенное из работы положение крыла, чтобы при понижении (в силу каких-либо причин) давления в цилиндрах сервомотора, двигатель немог авто.матическп включаться вновь в работу. Для включения его в работу в этом случае необходимо будет поднять регулятором давление в цилиндрах сервомотора до предельного,, выключить защелку и затем опустить давление до нормы, отвечающей силе ветра.

Предлагаемая система дает возможность осуш,«ствить прямую и однозначную зависимость между силой ветра и установки крыла.

Угловое положение крыла определяется положением двуплечего рычага О, а положение двуплечего рычага для каждой величины давления под поршнем сервомотора у определяется силою его пружины ф. Таким образом, выбрав определенную пружину- можно анать давление под поршнем сервомотора, соответствующее любому заданному положению крыла. Давление это устанавливается регулятором, комбинирующим в своей средней полости подток воздуха высокого давления

и понижение этого давления за счет сообщб ПИЯ с атмосферой.

Все манипуляции регулятора происходят под воздействием кулака н в зависимости от углового положения ветрового колеса л, и следовательно, от силы ветра.

Меняя характеристику пружип сервомотора и подобрав налленсащим образом форму ку и Конструктивные детали регулятора давления, можно осуществить те или ипые кривые зависимости релшма крыла от режима BeTpOBoii среды н тогда устойчивость парал.1ельной работы синхронного генератора ветр1 ка с ct-тью может считаться обеспеченной.

Помимо основного регулирования в зависимости от силы ветра двигатель может иметь еихе контрольное регулирование от алектричес|;оп нагрузки. Это регулирование будет служить поверкой в некоторых точках правильности де11СТ1 ия опнсашюй системы. Такую поиерку достаточно сделать для двух точек или моментов: для момота достижения Итром установочной скорости, при которой электрический генератор должеп нести на себе полную нагруз1;у, и для момента до сти;ке11ия ветром той скорости, при которой двигатель должен быть выключен из работы. При этом генератор может иметь определенную перегрузку, при достижении которой реле ставит крылья в нерабочее положение. Вспомогательное реле в этих случаях действует на клапан регулятора давления.

Для предохранеппя ветродвигателя от разноса при внезапном сбросе э ектрпческой нагрузки и для удержания его оборотов в пределах нормы при работе его на сеть в одиночку устанавливается скоростной центробежный регулятор ш, общеизвестного типа (фиг. 9).

Так как крыло запроектировано таким образо.м, что равнодействующая аэродинамических сил не проходит через ,атематическую ось его вращения, то работа сжатого воздуха, которая потребуется для преодоления сопротивления поворота хвостовой части крыла. мол:ет получить довольно большую велнчинз Для того, чтобы свести требующуюся для поворота крыла под нагрузкой работу сервомотора к минимуму, в KoriCTpyKции крыльев предусмотрены приспособления, действие которых аналогично действию элеронов в аэропланах. Этп приспособления, поворачивающие крыло ц аародипампчески с большой легкостью, кинематически связаны с сервомоторами.

Предмет изобретения.

1. Регулирующее устройство для ветродвигателей с применением сжатого воздуха для поворота лопаток, отличающееся тем, что для регулирования работы пневматического сервомотора у, воздействующего на поворотное крыло ч при посредстве рычага и пружины ф, применен регулятор п давления, поршень коего выполнен в виде золотника, для сообщения заключающего его цилиндра с атмосферою, п соединен штоком, снабженным пружиною, с одной стороны с клапанои для впуска

сжатого воздуха в указавиый цилиндр, а с другой стороны с рычагом о, для поворота коего, с целью воздействия на поршень регулятора давления, применен отдельный ветряк л с ку- I лаком н, нагруясенным нружиною м (фиг 9). {

2. Форма выполнения устройства по п. 1, отличающаяся тем, что вал 9 ветряка л помещен в осевом канале вынесенною вперед вала 12 самого ветродвигателя (фпг. 7).

3.Применение в устройстве по п. 1 обычной конструкции защелки или иного стопорного органа - для фиксирования положениявыведенного из работы крыла.

4.применение в устройство по п. 1 конTpojibHoro регулирования от электрической iiarpj-зкн, с целью проверки правильности действия регулирующего устройства для; ветродвигателя.