ВЕТРОКОЛЕСО

Полезная модель относится к ветроэнергетике, к устройствам аэродинамического типа регулирования частоты вращения и крутящего момента ветроколеса.
Известно описанное в патенте РФ №2272173 и принятое за прототип ветроколесо, содержащее ступицу, жестко закрепленные на ней подшипниковые узлы, в которых размещены лопасти с возможностью поворота относительно своих осей, расположенных под углом по отношению к оси ветроколеса, а также размещенное в ступице устройство, влияющее на поворот лопасти, которое состоит из направляющей, установленных на ней как минимум двух пружин разной жесткости, выполненных с возможностью последовательного выключения из работы (включения в работу) пружины сначала меньшей жесткости, а затем большей, жестко закрепленных на опорных частях лопастей качалок, соединенных через тяги со скользящим по направляющей толкателем, опирающимся на пружину меньшей жесткости, и устройства регулирования сжатия пружин.
Общими существенными признаками предлагаемого технического решения с прототипом являются следующие:
Ветроколесо содержит ступицу, жестко закрепленные на ней подшипниковые узлы, в которых размещены лопасти с возможностью поворота относительно своих осей, расположенных под углом по отношению к оси ветроколеса, размещенное в ступице устройство, влияющее на поворот лопасти, которое состоит из гильзы с толкателем, установленного на ней пружинного блока, жестко закрепленных на опорных частях лопастей качалок, соединенных через тяги с толкателем, опирающимся на пружинный блок, и устройства регулирования начального сжатия пружинного блока.
Устройство - прототип позволяет достаточно точно поддерживать скорость вращения ВК, однако в связи с конструктивными особенностями не позволяет доводит углы установки лопасти до полного флюгерования.
Предлагаемой конструкцией решается техническая задача повышения точности регулирования скорости вращения ВК за счет заданного изменения пространственного положения толкателя и флюгерования лопастей и полной остановки ветроколеса, что существенно снижает нагрузки на ВК при штормовых ветрах и повышает безопасность ветроустановки.
Для решения данной технической задачи ветроколесо, содержащее ступицу, жестко закрепленные на ней подшипниковые узлы, в которых размещены лопасти с возможностью поворота относительно своих осей, расположенных под углом по отношению к оси ветроколеса, размещенное в ступице устройство, влияющее на поворот лопасти, которое состоит из гильзы с толкателем, установленного на ней пружинного блока, жестко закрепленных на опорных частях лопастей качалок, соединенных через тяги с толкателем, опирающимся на пружинный блок, и устройства регулирования начального сжатия пружинного блока, дополнительно содержит кривошип, шарнирно закрепленный на корпусе ступицы, шарнирно соединенный с толкателем, и выполненный с возможностью вращения толкателя вокруг своей оси при его поступательном движении.
Отличительными признаками предлагаемого технического решения от известного являются следующие:
- кривошип, шарнирно закрепленный на корпусе ступицы, шарнирно соединенный с толкателем, и выполненный с возможностью вращения толкателя вокруг своей оси при его поступательном движении.
Благодаря существенным признакам предлагаемого технического решения в совокупности с известными достигается следующий технический результат - повышение точности регулирования скорости вращения ВК за счет заданного изменения пространственного положения толкателя и установка лопастей во флюгерное положение и полной остановки ветроколеса, что существенно
снижает нагрузки на ВК при штормовых ветрах и повышает безопасность ветроустановки.
Предложенное техническое решение может найти применение в конструкции ветроэнергетических установок горизонтально-осевого типа, особенно когда требуется повысить безопасность эксплуатации,
Конструкция предлагаемого ветроколеса поясняется рисунком, на котором изображена ступица ветроколеса.
Изображенное на рисунке ветроколесо, содержит ступицу 1, жестко закрепленные на ней подшипниковые узлы 2, в которых размещены лопасти 3 с возможностью поворота относительно своих осей, расположенных под углом по отношению к оси ветроколеса, а также размещенное в ступице 1 устройство, влияющее на поворот лопасти 3, которое состоит из гильзы 4, установленного на ней блока пружин, состоящего из двух пружин 5 и 6 (может быть и одна, в т.ч. переменной жесткости или коническая), выполненных с возможностью последовательного включения в работу сначала одной пружины 5, а затем и второй 6, жестко закрепленные на опорных частях лопастей 3 качалки 7, соединенные через тяги 8 с толкателем 9, опирающимся на блок пружин 5 и 6, и устройство регулирования начального сжатия пружин 10, причем толкатель 9 подвижно соединен с корпусом ступицы 1 с помощью кривошипа 11. что позволяет толкателю 9 совершать поворотные движения при поступательном движении.
Предложенное ветроколесо работает следующим образом. При превышении частоты вращения ветроколеса над номинальной возникает аэродинамический момент относительно оси поворота лопасти 3, установленной в подшипниковом узле 2 с применением подшипников качения, позволяющем поворачиваться лопасти 3 относительно своей оси. При этом лопасть 3 стремится повернуться в сторону уменьшения угла атаки и как следствие уменьшить частоту вращения ветроколеса. Указанный момент передается через качалки 7, тяги 8 и толкатель 9 первоначально только на пружину 5, а затем и на пружину 6. Вследствие их сжатия и возникает сила, противодействующая повороту лопастей
3 во флюгерное положение. При этом толкатель 9, двигаясь поступательно, совершает и вращательное движение, закон которого задается выбором длины кривошипа 11. Такая схема позволяет реализовать заданный закон изменения силы сопротивления механизма от величины перемещения и обеспечить высокую стабильность поддержания частоты вращения ветроколеса в широком диапазоне скоростей ветра, а также установить лопасти 3 во флюгерное положение. Для повышения точности регулирования применяется регулятор 10, позволяющий изменять начальное усилие сжатия пружин 5, 6.