Патент на изобретение №2273766

(54) КОНИЧЕСКИЙ ВЕТРОДВИГАТЕЛЬ

(57) Реферат:

Изобретение относится к ветроэнергетике и предназначено для применения в местностях с невысокими скоростями ветра. Технический результат заключается в повышении надежности конструкции за счет обеспечения автоматической ориентации лопастей относительно ветрового потока и предохранении ветродвигателя от перегрузок при буревых ветрах. Конический ветродвигатель содержит в неподвижном корпусе вращающуюся раму, на которой с возможностью поворота установлен поворотный вал и валы лопастей, причем поворотный вал и валы лопастей связаны передачами с постоянным отношением угловых скоростей 2:1. На поворотном валу жестко закреплен флюгер, валы лопастей установлены на вращающейся раме наклонно, передача от валов лопастей к поворотному валу выполнена зубчатой через паразитные колеса, половина зубчатых колес, помещенных на поворотном валу, снабжены ступицами, установлены на нем с возможностью поворота на 180° и имеют продольную прорезь в ступице, при этом поворотный вал выполнен полым с профилированной прорезью и шлицами в нижней части, внутри него установлен шток с пальцем, входящим в профилированную прорезь и прорезь ступицы звездочки, а на обратном конце штока установлена с возможностью поворота шлицевая втулка со стопором, входящая в шлицы поворотного вала, причем в неподвижном корпусе установлен привод поступательного движения с подвижным исполнительным элементом, с которым с возможностью относительного поворота связан конец штока. 5 ил.

Изобретение относится к ветроэнергетике и предназначено для применения в местностях с невысокими скоростями ветра. Данная конструкция позволяет повысить общую надежность ветродвигателя.

Известен ветряной агрегат, в котором на центральном валу установлен каркас с вертикально расположенными лопастями, которые могут вращаться вокруг своих осей и связаны зубчатыми передачами с ведущей шестерней, жестко соединенной с флюгером, нагруженным в сторону зацепления, причем соотношение зубчатой передачи от флюгера к лопастям составляет 1:2.

Основными недостатками известного ветряного агрегата являются: использование зубчатых передач довольно сложной конструкции и дискретный характер срабатывания механизма, предохраняющего агрегат от буревых ветров. Дискретный характер срабатывания предохраняющего механизма приводит к тому, что остановка агрегата и ориентация его лопастей по ветру должны выполняться при достижении максимально возможной скорости ветра и, соответственно, максимальных оборотах каркаса с лопастями.

Наиболее близкой по совокупности признаков является ветроэлектроустановка – Патент РФ №2030777, кл. F 03 D 3/02, 7/06, 1995, содержащая в неподвижном корпусе вращающуюся раму, на которой с возможностью поворота установлен поворотный вал и валы лопастей, причем поворотный вал и валы лопастей связаны передачами с постоянным отношением угловых скоростей 2:1. Ориентация по ветру поворотного вала с блоком звездочек осуществляется через дополнительный передаточный механизм при помощи дополнительных устройств, учитывающих направление ветра.

Основными недостатками данной конструкции являются:

1) необходимость в дополнительном устройстве, обеспечивающем ориентацию установки по ветру,

2) отсутствие механизма, предохраняющего ее от буревых ветров.

Задачей изобретения является повышение надежности конструкции за счет обеспечения автоматической ориентации лопастей относительно ветрового потока и предохранения ветродвигателя от перегрузок при буревых ветрах.

Поставленная задача достигается тем, что в коническом ветродвигателе, содержащем в неподвижном корпусе вращающуюся раму, на которой с возможностью поворота установлен поворотный вал и валы лопастей, причем поворотный вал и валы лопастей связаны передачами с постоянным отношением угловых скоростей 2:1, согласно изобретению на поворотном валу жестко закреплен флюгер, валы лопастей установлены на вращающейся раме наклонно, передача от валов лопастей к поворотному валу выполнена зубчатой через паразитные колеса, половина зубчатых колес, помещенных на поворотном валу, снабжены ступицами, установлены на нем с возможностью поворота на 180° и имеют продольную прорезь в ступице, при этом поворотный вал выполнен полым с профилированной прорезью и шлицами в нижней части, внутри него установлен шток с пальцем, входящим в профилированную прорезь и прорезь ступицы звездочки, а на обратном конце штока установлена с возможностью поворота шлицевая втулка со стопором, входящая в шлицы поворотного вала, причем в неподвижном корпусе установлен привод поступательного движения с подвижным исполнительным элементом, с которым с возможностью относительного поворота связан конец штока.

На фиг.1 дан поперечный разрез конструкции, на фиг.2 – вид А-А, на фиг.3 – разрез Б-Б, на фиг.4 – вид ветродвигателя сверху при рабочем положении ветродвигателя, на фиг.5 – вид ветродвигателя сверху при остановленном положении ветродвигателя.

В неподвижном корпусе 1 установлен с возможностью вращения вал 2 рамы ветродвигателя 3. Внутри вала 2 в подшипниках установлен вал флюгера 4. На валу флюгера 4 жестко закреплены флюгер 5 и неподвижное зубчатое колесо 6. Также на валу флюгера 4 с возможностью вращения установлен верхний корпус 7, с возможностью поворота на 180° – поворотное зубчатое колесо 8, имеющее на ступице продольную прорезь 9. Внутри вала флюгера 4 помещен шток 10, снабженный пальцем 11, входящим в винтовую прорезь 12 вала флюгера 4. На раме 3 в подшипниках 13 и 14 установлены на валах 15 лопасти 16 и 17. На валах 15 также жестко закреплены зубчатые колеса 18 и 19, входящие в закрепления с паразитными колесами 20 и 21. Паразитные колеса 20 входят в зацепление с неподвижным колесом 6, жестко установленном на валу флюгера 4, а паразитные колеса 21 входят в зацепление с поворотным колесом 8, установленном на валу флюгера 4. В корпусе 1 установлены конечные выключатели 22, 23 и мотор-редуктор 24, на выходном валу которого установлен винт 25 с гайкой 26, у которой за счет выступов 27, входящих в прорези корпуса, заблокировано вращение вокруг оси. Корпус гайки 26 через подшипники 28 связан со штоком 10. На штоке 10 с возможностью поворота установлена шлицевая втулка, шлицы 29 которой входят в шлицы вала флюгера 4. Также на шлицевой втулке жестко закреплен стопорный элемент 30. На корпусе 1 установлен датчик 31 скорости ветра.

Функционирование ветродвигателя показано на примере четырехлопастной конструкции.

В рабочем положении при скорости ветра , не превышающей критическую _кр (_кр), рама 3 ветродвигателя (фиг.4) вращается за счет разности лобового сопротивления лопастей набегающему ветровому потоку против часовой стрелки с некоторой угловой скоростью . Шток 10 находится в крайнем нижнем положении. Его палец 11 через винтовую прорезь 12 поворотного вала 4 и продольную прорезь 9 в ступице удерживает поворотное зубчатое колесо 8 в положении, при котором лопасти 16 и 17 ветродвигателя поворачиваются относительно корпуса с угловой скоростью /2, занимая наиболее выгодное положение по отношению к ветровому потоку. Ориентацию звездочек 6 и 8, установленных на поворотном валу 4, по отношению к ветровому потоку обеспечивает флюгер 5.

При превышении скорости ветра критической величины _кр (>_кр) по сигналу от датчика скорости ветра 31 включается мотор-редуктор 24, перемещая при помощи гайки 26 шток 10 вверх внутри поворотного вала 4 до тех пор, пока питающая цепь мотор-редуктора 24 не разомкнется конечным выключателем 22. При этом осуществляются два действия:

1) палец 11 штока 10 через винтовую прорезь 12 поворотного вала 4 и продольную прорезь 9 в ступице разворачивает поворотное колесо 8 на 180°, разворачивая через зубчатую передачу лопасти 17 на 90° по ходу движения (на фиг.5 штриховыми линиями показано положение лопастей 17 при рабочем положении ветродвигателя),

2) вал 2 поворотной рамы 4 ветродвигателя фиксируется относительно поворотного вала 4 при помощи стопора 27, упирающегося в замок, выполненный в стенке поворотного вала 4.

При этом лопасти ветродвигателя занимают постоянные симметричные положения по отношению к направлению ветрового потока, что обеспечивает значительное снижение аэродинамического сопротивления всей конструкции. Наклоны их средних линий (пунктирные линии) к ветровому потоку составляет ±22,5°.

При уменьшении скорости ниже критического значения по сигналу от датчика скорости ветра 31 реверсируется мотор-редуктор 24, опуская при помощи гайки 26 шток 10 вниз до тех пор, пока питающая цепь мотор-редуктора 24 не разомкнется конечным выключателем 23. При этом:

1) размыкается связь вала 2 и поворотной рамы 3 ветродвигателя с поворотным валом 4,

2) палец 11 штока 10 через винтовую прорезь 12 поворотного вала 4 и продольную прорезь 9 в ступице реверсирует поворотное колесо 8 на 180°, поворачивая через зубчатую передачу лопасти 17 на 90° против движения (на фиг.5 штриховыми линиями показано положение лопастей 17 при рабочем положении ветродвигателя), лопасти 17 возвращаются в рабочее состояние, после чего ветродвигатель начинает обычное функционирование.

Формула изобретения

Конический ветродвигатель, содержащий в неподвижном корпусе вращающуюся раму, на которой с возможностью поворота установлен поворотный вал и валы лопастей, причем поворотный вал и валы лопастей связаны передачами с постоянным отношением угловых скоростей 2:1, отличающийся тем, что на поворотном валу жестко закреплен флюгер, валы лопастей установлены на вращающейся раме наклонно, передача от валов лопастей к поворотному валу выполнена зубчатой через паразитные колеса, половина зубчатых колес, помещенных на поворотном валу, снабжены ступицами, установлены на нем с возможностью поворота на 180° и имеют продольную прорезь в ступице, при этом поворотный вал выполнен полым с профилированной прорезью и шлицами в нижней части, внутри него установлен шток с пальцем, входящим в профилированную прорезь и прорезь ступицы звездочки, а на обратном конце штока установлена с возможностью поворота шлицевая втулка со стопором, входящая в шлицы поворотного вала, причем в неподвижном корпусе установлен привод поступательного движения с подвижным исполнительным элементом, с которым с возможностью относительного поворота связан конец штока.

РИСУНКИ