Регулирующее устройство для горизонтальных ветродвигателей Советский патент 1942 года по МПК F03D7/02 

Регулирующие устройства для горизонтальных ветродвигателей с применением для самоустановки лопасти на требуемый угол атаки поворотных относительно лопасти балансиров, известны.

В предлагаемом устройстве балансиры используются в качестве грузов центробежного регулятора для получения от них самих регулирующего импульса. С этой целью балансиры установлены на мехах и во втулках лопастей, причем они могут одновременно перемещаться вдоль махов и по винтовым пазам втулок.

На фиг. 1 схематически изображен горизонтальный двигатель с регулирующим устройством (вид спереди и сбоку); на фиг. 2 показан продольный разрез регулирующего устройства; на фиг. 3 - вид лопасти сбоку; на фиг. 4 - схема расположения балансиров относительно лопасти; на фиг. 5 - вид храповой собачки и пружинного упора сбоку; на фиг. 6 - соединение регулирующего рычага с валиком.

Ветродвигатель (фиг. 1) монтируется на поворотном относительно башни 2 стояке 3. Для мощных двигателей плоскостной руль 1 с постоянным углом (прямым) к плоскости вращения ветрового колеса заменяется виндрозами. Тройник 4 ветрового колеса (фиг. 2) с тремя 1 рубчатыми махами 5 жестко укреплен на валу 6 двигателя, вращающемся в подщипниках 7 и S, установленных на станине стояка 3.

Лопасть 9 - жесткая, возможно более легкого веса, хорощо обтекаемой формы (на фиг. 2 показанЁ условно), с соответствующими окружным скоростям углами наклона рабочей поверхности к плоскости вращения колеса, свободно вращается в двух радиально-упорных подшипниках 10 и // (фиг. 2 и 3). Ось вращения лопасти расположена ближе к ее передней режущей кромке, благодаря чему хвостовая часть лопасти всегда обращена в сторону уходящего ветра (фиг. 3).

Подшипник 10 удерживает лопасть на махе 5 от радиального смещения и воспринимает большую часть нагрузки от давления ветра; под№ 60855- 2 -

шипник // (фиг. 2), вращаясь в кольце 12, может перемещаться при его помощи вдоль маха 5 в пределах прорези 13 благодаря наличию чеки 14, связанной с кольцом 12. Подшипник // несет на себе два диаметрально расположенных стрейсня 15 с балансирами 16 и при помощи роликов 17 может перемещаться по винторезному пазу 19 вдоль кожуха 18 регулятора лопасти 9, устанавливая балансиры /6 относительно лопасти в положения, указанные на фиг. 4.

В положении а (остановка) (фиг. 4) балансиры 16 уравновещивают лопасть относительно оси ее вращения иа махе 5.

Кольцо 12 регулятора имеет на торце храповую зубчатку 20 (фиг. 2 и 5), входящую в сцепление с пружинным упором 21 на крышке 22 кожуха 18 лопасти в нижнем предельном положении регулятора. Последнее соответствует положению в балансиров /(5 относительно лопасти 9 при пуске двигателя (фиг. 4).

Лопасть 9 при этом может иметь вращение лишь в сторону, обратную упору 21, и подставлять напору ветра свою рабочую поверхность.

Движением вдоль вала 6 втулка 23 (фиг. 2), вращающаяся вместе с валом, при помощи рычага 24, поворотного на кронштейне 25, укрепленном на махе 5, и щтока 26 со скобой 27, охватывающей чеку 14, может перемещать регулятор вдоль маха, предопределяя своим положением на валу 6 различное угловое смещение стержней 15 с балансирами 16 относительно лопасти 9 (фиг. 4).

Червяк 28 вала 6 (фиг. 2) при вращении колеса с помощью щестерен 29 и 30 на валике 31, установленном в подщипниках 32 и 33, и щестерня 34 заставляет медленно вращаться винт 35 приспособления (корректора), корректирующего угол поворота лопастей 9.

Винт 35, удерживающий пружиной 36, под влиянием центробежных сил, развивающихся в регуляторе лопасти и щтоке 26 и передаваемых через рычаг 24, втулку 23 и рычаг 37 с гайкой 38, может иметь осевое перемещение в подшипниках 33 и 39.

При перемещении винта 35 шестерня 34 отходит от шестерни 30, с которой затем сцепляется шестерня 40, в результате этого винт 35 начинает вращаться в обратную сторону. Одновременно собачка 41 с роликом 42, скользя под влиянием пружины 43 между щеками кронштейна 44, откидывается и удерживает винт 35, в состоянии сцепления шестерен 30 и 40 лишь на время, равное только одному его обороту. После этого ролик 42 собачки 41 отводится направляющей 45 опорной поверхности шестерни 40 в первоначальное положение, и шестерня 34 под влиянием пружины 36, действующей на виит 35, снова входит в сцепление с шестерней 30. Осевое перемешение винта 35 в подщипниках 33 и 39 ограничено кольцом 46 и шайбой 47.

Для пуска двигателя в ход при его остановке натяжением внизу балки троса 48, находящегося с другого конца двигателя, под действием постоянного груза 49, рычаг 37, щарнирно соединенный с гайкой 38 виита 35, при помощи тяги 50 и подшипника 51 перемещает втулку 23 вдоль вала 6, соответственно устанавливая балансиры 16 относительно лопасти 9. Во время работы двигателя, когда трос 48 натянут и удерживает рычаг 37 в каком-либо определенном положении, гайка 38 при вращении винта 35, действуя на рычаг 37, может так же, как и трос 48, но в меньших пределах, изменять положение втулки 23 на валу 6 и этим вызывать соответствующее увеличение или уменьшение угла между лопастью 9 и балансирами 16.

Для двигателей больших мощностей винт 35 может не иметь в подшипниках 33 и 59 осевого перемещения. Направление его вращения тогда изменяется в результате сцепления с щестерней 30 подвижных на винте 35 щестерен 34 и 40, удерживаемых пружиной 36 и получающих

перемещение под действием отдельного центробежного регулятора при его вращении от вала 6 (на чертеже не показано).

Для двигателя полуавтоматического регулирования детали 28-35, 40-47 и 58-39 исключаются. В этом случае рычаг 37 щарнирно связырается с валиком 52 (фиг. 6), оттягиваемым пружиной 36 и имеющим возможность перемещаться вдоль своей оси в пределах, допускаемых кронщтейном 53 и предопределяющих степень саморегулирования двигателя.

Вращение вала 6 ветродвигателя через ведущую щестерню 54 сообщается мащинам в форме вращения или иного движения через соответствующие передаточные механизмы.

Шкив 55, прикрепленный к щестерне 54 (фиг. 2), при натяжении тросов 48 и 57 приостанавливает посредством тормозной ленты 56 (или колодок) вращение вала.

Пружина 36 действует на рычаг 37 в ту же сторону, что и пружина 36, однако натяжение ее таково, что независимо от радиуса, на который могут переместиться массы регулятора лопасти и балансиров 16, центробежные усилия, передаваемые винту 35, всегда останутся постоянными и действие регулятора всегда будет обеспечено при определенном числе оборотов ветрового колеса.

При вращении ветрового колеса в лопасти, помимо радиальных центробежных сил, стремящихся сбросить лопасть с маха, возникают центробежные силы, вращающие лопасть относительно ее собственной оси и стремящиеся поставить ее в плоскость вращения ветрового колеса. Регулярные балансиры 16 также получают вращающийся момент относительно оси маха. Взаимодействие этих вращающих моментов лопасти и балансиров, размещенных друг относительно друга под тем или иным определенным углом, приводит к устойчивому положению лопасти относительно плоскости вращения колеса в период его работы (фиг. 4), причем суммарный момент лопастей и балансиров является наибольшим при их совмещении в одной плоскости и равен нулю при расположении их под углом 90°. В последнем случае лопасть становится нейтральной, не может воспринимать давления ветра, и больщая хвостовая ее часть свободно отклоняется ветром.

Пуск двигателя осуществляется быстрым освобождением (внизу бащни) троса 48. Тогда рычаг 57 под влиянием больщого груза 49 посредством тяги 50, втулки 23, рычага 24, щтока 26 и чеки 14 опускает регулятор лопасти и ставит балансиры в положение в (фиг. 4), принуждая лопасть повернуться и при помощи храповой зубчатки 20 и упора 21 установиться под некоторым рабочим углом к плоскости вращения. Начавшееся вращение ускоряется, так как хвостовые части отдельных лопастей, расположенных под разными углами, направляются атакующими ветром и устанавливаются в новые .положения, фиксируемые зубьями храповика, и вращающие моменты совмещенных лопастей и балансиров уже начинают проявлять свое действие. Этому способствует также непостоянство давления ветра на лопасти.

После первых десятков оборотов ветрового колеса рычаг 37 переводят натяжением троса 48 в положение с, «работа (фиг. 2 и 4). Тогда в результате перемещения втулки 23 балансиры регулятора расположатся под некоторым углом к лопасти и этим усилят действие вращающихся моментов (лопасти и балансиров). Храповая зубчатка 20 выйдет из сцепления с упором 21, что позволит лопасти свободно вращаться в подшипниках 10 и 11, и ветровое колесо, как показал опыт, быстро наберет заданное число оборотов. После этого двигателю задаётся рабочая нагрузка.

№ 60855

№ 60855- 4 -

Вызванное вращением вала 6 вращение винта 35 (1-2 об/мин или меньше), благодаря гайке 38, действующей на рычаг 37 и через негона втулку 23, постоянно и медленно убавляет угол между лопастью и балансирами 16 (фиг. 4), увеличивая этим давление ветра на лопасть. Однако в случае превышения заданного пружиной 36 числа оборотов двигателя на регуляторы лопастей действуют центробежные силы, и штоки 26 при посредстве рычагов 24, втулки 23, тяги 50 и рычага 37, преодолевая натяжение пружины 36, заставляют переместиться винт 35 вдоль его оси. Шестерня 34 при этом выходит из зацепления с шестерней 30 и включается шестерня 40, удерживаемая в этом положении роликом 42 собачки 41, откинутой пружиной 43 в распор с конусной поверхностью шестерни 40. Винт 35 корректора, сдвинутый центробежной силой в сторону уменьшения давления ветра на лопасть, вращаясь в обратную сторону, переводит гайку 38 и, следовательно, рычаг 37 и втулку 23 в сторону дальнейшего уменьшения давления ветра на лопасти до тех пор, пока ролик 42 собачки 41 не будет сброшен (не более, чем через один оборот винта 35) направляющей 45 с шестерни 40. После этого под влиянием пружины 36, в результате уменьшившегося числа оборотов колеса, винт 35 снова принимает первоначальное положение со включением шестерен 34 и 30, заставляя лопасти снова становиться на увеличение работы.

Таким образом, в каждом случае превышения числа оборотов двигателя винт 35 уменьшает угол атаки ветра и лопасть, благодаря чередующемуся вращению винта 35 в ту или другую сторону, автоматически устанавливается под таким углом к направлению ветра, который является достаточным для производства ветродвигателем заданной работы при данной скорости ветра.

При ослаблении ветра или чрезмерной загрузке двигателя, когда двигатель не может развить необходимого числа оборотов, гайка 38 вплотную подходит к подшипнику 33, заставляя лопас1и повернуться больше на работу. Если это оказывается недостаточным, винт 35, ввинчиваясь в гайку 38, выводит из сцепления шестерни 34 и 30, не включая при этом шестерню 40 до тех пор, пока не будет у.меньшена нагрузка или не усилится ветер. Если установить на гайке 38 контакт электроцепи, включаюшийся, когда гайка Подходит к подшипнику 33, в машинном отделении ветростанции можно будет получать сигналы о снижении двигателем заданного числа оборотов или о .необходимости уменьшить его загрузку.

При снятии загрузки или усилении ветра, когда число оборотов колеса восстановится и центробежные силы, развивающиеся в регуляторе лопасти и штоке 26, через втулку 23 и рычаг 37 заставят винт 35 переместиться в сторону уменьшения давления ветра на лопасть, шестерня 40 при помощи собачки 41 войдет в сцепление с шестерней 30, и процесс саморегулирования повторится.

В случаях, когда скорость ветра слишком большая и действие центробежного регулятора лопасти учащается, шестерня 40, благодаря наличию собачки 41, закидывающейся за нее через каждый оборот винта 35, все время остается сцепленной с шестерней 30, и винт 35 переводит гайку 38 в сторону уменьшения угла атаки ветра на лопасти до тех пор, пока давление ветра не придет в соответствие с заданной нагрузкой двигателя при установленном для него числе оборотов.

Остановка ветродвигателя осуществляется натяжением троса 48 и переводом его с помощью рычага 37 в положение остановки. Это через посредство втулки 23, рычага 24 и штока 26 вызывает перемещение балансиров 16 регулятора лопасти в верхнее крайнее положение, соответствующее положению а (фиг. 4). Лопасть при этом теряет способ

ность воспринимать давление ветра, свободно обтекается ветром, и двигатель останавливается. Полный покой ветрового колеса в период его бездействия обеспечивается ленточным тормозом 55, охватывающим шкив 55 в результате натяжения троса 57 при остановке двигателя.

В крупных двигателях, где перемещение щестерен 34 и 40 корректора может осуществляться без перемещения винта 35 действием отдельного центробежного регулятора, процесс саморегулирования, пуска и остановки двигателя ничем не отличается от описанного.

Также происходят пуск и остановка двигателя полуавтоматического регулирования, в котором отсутствует корректор 28-47. Установка же рычага 57 тросом 48 в рабочее положение производится таким образом, чтобы с помощью балансиров 16 регулятора при данных скорости ветра и загрузке двигателя задать лопастям необходимый угол к плоскости вращения колеса. Для этого внизу башни можно поместить соответствующим образом градуированную шкалу или, что еще лучше, установить в точке В (фиг. 6) контакт цепи электросигнала, характеризующего работу регулятора.

Увеличение числа оборотов двигателя сверх заданного пружиной 36 (фиг. 6) вызывает перемещение под влиянием центробежных сил регулятора и щтока 26 в пределах, допускаемых кронщтейном 53. Тогда, в результате увеличения угла между лопастями и балансирами регулятора, уменьшается угол атаки ветра на лопасти и количество оборотов снижается.

При больщих изменениях в скорости ветра или в загрузке двигателя, когда действие регулятора становится недостаточным и двигатель начинает давать число оборотов больше заданного (контрольная лампочка электросигнала горит) или меньше заданного (лампочка не горит и не зажигается), необходимо двигатель подрегулировать изменением положения рычага 37 посредством троса 48, чтобы придать лопастям соответствующий угол наклона к плоскости вращения ветроколеса и возобновить нормальную работу двигателя (контрольная лампочка периодически вспыхивает).

Порывистость ветра и его непостоянство смягчаются удлиненной ходовой частью свободно вращающейся лопасти, и отклонение лопасти от установленного ее положения относительно плоскости вращения колеса быстро ликвидируется.

Автоматическая смазка трущихся частей ветродвигателя осуществляется центральной масленкой 58. Одновременное пуском в ход двигателя освобождается от натяжения трос 57, в результате чего пружина 59 открывает рычагом 60 кран масленки 58 и смазка через капельницу по трубопроводам поступает к соответствующим частям двигателя.

Для смазки регулятора и подшипников вращающихся лопастей смазка через капельницу 61 редкими каплями направляется по трубопроводу 62 в сальник 63 для передачи ее во вращающийся щтуцер 64 на валу 6. Отсюда по трубке 55, заключенной в продольный паз вала 6 или расположенной непосредственно на нем, смазка попадает в распределитель 66. Задерживаясь в щаровой полости распределителя благодаря вращению вместе с валом 6, смазка растекается по его конической части и устремляется по трубам 67 вдоль махов 5 (снаружи или внутри их) к подшипнику 11 и регуляторному устройству лопасти 9. Смазав здесь требуемые поверхности, смазка вследствие центробежных усилий попадает при помощи направляющего конуса 68 в сборник 69 с тряпичным фильтром. Очищаясь от грязи, смазка следует по трубе 70 и коренному подшипнику 10 (фиг. 3) лопасти 9 и, смазав его, попадает в сборник 71, представляющий собой жестяную коробку, обращенную

- 5 -№ 60855

дном к концу лопасти и наполненную тряпичными концами, впитывающими отработанную смазку.

Тряпичная масса или концы периодически заменяются, смазка из пропитанных в сборнике 71 концов отжимается, фильтруется и вновь идет в дело, так же как и обезжиренные концы.

Предмет изобретения

1.Регулирующее устройство для горизонтальных ветродвигателей, в которых для самоустановки лопасти на требуемый угол атаки применены поворотные относительно лопасти балансиры, отличающееся тем, что балансиры, нагруженные через втулку и рычаг пружиной, работающей на растяжение, с целью использования их в качестве грузов центробежного регулятора, установлены на махах и во втулках лопастей и могут одновременно перемещаться вдоль махов и по винтовым пазам втулок.

2.Форма выполнения устройства по п. 1, отличающаяся тем, что, с целью корректирования угла атаки при автоматическом регулировании мощности или числа оборотов при переменной скорости ветра между пружиной и рычагом включена реверсивная зубчатая и винтовая передача, действующая от вала двигателя на балансиры.

3.Форма выполнения устройства по п. 2, отличающаяся тем, что винт для реверса передачи установлен в подщипниках и может перемещаться в осевом направлении против действия пружины.

4.Форма выполнения устройства по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что для ручного управления ветровым двигателем концевой щарг нир рычага выполнен подвижным.

fuzJ

10,

.

/

L

;гй,..

фуг

Фиг.б

Фаг ff